МОСКВА, 18 сентября. /ТАСС/. Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) представили новый математический метод и программный комплекс для моделирования структур с графеновым покрытием. Разработка позволит сократить расходы на создание устройств в наноэлектронике, фотонике и других высокотехнологичных отраслях, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Графен - одноатомный слой углерода, образующий гексагональную решетку, - обладает уникальными свойствами: высокой прочностью, электропроводностью, гибкостью и химической стабильностью. Материал перспективен для создания сверхмощных компьютеров, биосенсоров, имплантов и аккумуляторов, однако его внедрение требует сложных расчетов, которые теперь можно оптимизировать благодаря разработке пензенских ученых.
"Коллектив под руководством заведующего кафедрой "Математика и суперкомпьютерное моделирование" ПГУ профессора Юрия Смирнова и аспиранта Олега Кондырева создал алгоритм для моделирования взаимодействия электромагнитных волн с диэлектриками, покрытыми графеном. Такие структуры используются в электронных платах, оптических фильтрах и других устройствах", - говорится в сообщении.
Математическое моделирование
Как пояснил Кондырев, графен, имея толщину в один атом, считается бесконечно тонким слоем. "Его присутствие на поверхности диэлектрика меняет условия сопряжения сред, что усложняет расчеты", - отметил Кондырев. Ученые решили краевую задачу сопряжения уравнений Джеймса Клерка Максвелла с учетом конечных размеров образца, что ранее удавалось лишь для периодических структур.
Программный комплекс, разработанный в ПГУ, основан на оригинальных интегральных уравнениях. Тестирование на базе Научно-исследовательского центра "Суперкомпьютерное моделирование в электродинамике" вуза подтвердило точность модели: различия между известными структурами и материалами с графеном оказались минимальными, что доказывает устойчивость метода.
"Математическое моделирование в разы дешевле физических экспериментов. Наш подход ускорит разработку новых материалов с заданными свойствами", - отметил Смирнов. По его словам, метод уже заинтересовал предприятия электронной промышленности.
Разработка поддержана программой "Ректорские гранты" ПГУ. В планах ученых - зарегистрировать программный комплекс и расширить исследования для применения в коммуникационных системах и сенсорах.
Графен - двумерная аллотропная модификация углерода. Материал открыт в 2004 году нобелевскими лауреатами Андреем Геймом и Константином Новоселовым. Графен обладает рекордной теплопроводностью, подвижностью электронов и механической прочностью. Перспективен для создания гибкой электроники, высокоточных датчиков и композитных материалов.