Учёные из Китая заявили о создании самого большого в мире синтетического кристалла селенид галлия-бария (BGSe), который способен значительно улучшить характеристики лазерных систем дальнего действия и инфракрасных сенсоров.
Исследователи из Хэфэйского института физики Китайской академии наук вырастили кристалл диаметром 60 миллиметров. Это крупнейший экземпляр BGSe, зарегистрированный в мировой научной практике.
Кристалл эффективно преобразует лазеры коротковолнового инфракрасного диапазона в лучи средней и дальней инфракрасной длины волны. Такие волны способны проходить большие расстояния через атмосферу с минимальными потерями.
BGSe также способен выдерживать мощность до 550 мегаватт на квадратный сантиметр — это в десять раз выше порога повреждения большинства современных военных материалов. Такая прочность делает его пригодным для применения в сверхмощных лазерных установках, которые ранее выходили из строя из-за внутренних повреждений. Например, в 1997 году аналогичная американская система потерпела неудачу при попытке поразить спутник.
Технология выращивания
Работа над технологией заняла более десяти лет. Сам материал BGSe был впервые синтезирован китайскими учёными в 2010 году, после чего вызвал интерес у международных специалистов в области оборонных технологий. Попытки западных лабораторий воспроизвести этот материал в крупном масштабе пока не увенчались успехом.
Процесс производства требует особой точности. Используются высокочистые элементы — барий, галлий и селен, — которые герметизируют в кварцевых трубках под вакуумом и нагревают до 1 020 °C в двухзонной печи. Кристаллообразование происходит в течение месяца при медленном охлаждении.
Затем кристалл подвергается отжигу при 500 °C в течение нескольких дней и охлаждается со скоростью всего 5 градусов в час, чтобы предотвратить образование дефектов. После этого его шлифуют и полируют до оптической чистоты с помощью алмазных пил и суспензии с диоксидом церия.
Зачем это нужно?
Хотя в публикации не упоминается о прямом военном назначении, разработка совпадает по времени с растущим интересом Китая к оружию направленной энергии и системам космической обороны. Учёные допускают использование кристалла в мощных лазерных системах, способных работать через так называемые «атмосферные окна» — диапазоны, в которых инфракрасные лучи могут свободно проходить через атмосферу.
Среди гражданских применений выделяются медицинская визуализация, гиперчувствительные инфракрасные детекторы, системы слежения за ракетами и идентификация воздушных целей.
Даже по сравнению с другими передовыми кристаллами BGSe демонстрирует впечатляющие характеристики. Например, лазерная установка ZEUS в Университете Мичигана использует кристалл из сапфира с добавлением титана диаметром почти 18 см, на производство которого ушло более четырёх лет. Китайская команда справилась с задачей за существенно меньшее время.
С 2020 года новые китайские кристаллы уже начали внедряться в различные программы научно-исследовательских разработок.
