Инженеры создали прототип «лазерного паруса» — тончайшей плёнки, способной разгоняться до пятой части скорости света под давлением мощного лазера. Он сочетает крайне малую массу — менее одного грамма на квадратный метр — с высокой отражательной способностью и низким поглощением в диапазоне длин волн, подходящем для разгона.
До сих пор ни одна конструкция не удовлетворяла одновременно всем требованиям по оптике, прочности и весу. В новом проекте этот барьер удалось преодолеть с помощью рельефной микроструктуры в форме шестигранных ячеек, которая придаёт материалу жёсткость и защищает от повреждений.
Плёнка состоит из центрального слоя молибденита, хорошо отражающего свет, и тонких наружных слоёв оксида алюминия, которые эффективно отводят тепло. Микроскопический рельеф уменьшает площадь контакта, повышает устойчивость к изгибу и не даёт трещинам распространяться.
Иллюстрация: Sora
Материал получали в два этапа: сначала наносили тонкий слой молибдена, затем превращали его в молибденит при высокой температуре в газовой среде. Для образца толщиной всего 45 нанометров удалось добиться гладкости поверхности порядка одного нанометра и крайне малых потерь на поглощение.
Испытания показали отражательность выше 50% и поглощение менее 4% в диапазоне длин волн от 1,2 до 1,47 микрометра — именно в этом диапазоне работает лазер, разгоняющий парус до 20% скорости света. Это рекордно низкие значения поглощения для прототипа светового паруса.
Поверхностная масса материала составляет около 0,5–0,7 грамма на квадратный метр, что уже близко к целевому показателю для межзвёздных миссий — 0,1 г/м2. Расчёты показывают, что круглый парус массой около грамма можно разогнать лазером мощностью 100 гигаватт до 20% скорости света всего за семь минут, преодолев при этом около 15 миллиардов метров.
Авторы работы считают, что дальнейшее улучшение качества материала позволит повысить отражательность и снизить массу, приблизив технологию к созданию парусов, способных лететь к другим звёздам.