Ученые Томского политехнического университета показали возможность генерировать интенсивные магнитные волны в диэлектрической мезомасштабной частице Януса. Этот эффект достигается за счет специфической резонансной локализации в ней оптических волн. Исследование проводилось совместно с учеными из Тайваня и Китая.
Открытие в перспективе может помочь усовершенствовать работу магнитооптических устройств в фотонных приложениях, а также быть перспективным в таких областях, как суперлинзирование, спинтроника, нелинейная спектроскопия, магнитная запись.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials (Q1; IF:5,719).
Разработка полностью диэлектрических структур с высоким магнитным откликом на оптических частотах в последние годы является предметом интенсивных исследований. Они перспективны для фотоники, но имеют недостаток: у них слабые магнитные эффекты на оптических частотах, связанные с малым значением магнитной проницаемости этих природных материалов. В связи с этим природные диэлектрические материалы редко применяются для практических «магнитных» приложений в оптике.
Ученые ТПУ впервые продемонстрировали возможность генерировать интенсивные магнитные концентрические субволновые «горячие круги» в диэлектрической мезомасштабной частице Януса на основе сферических или цилиндрических частиц. Частицы Януса — оптически асимметричные частицы, или частицы с нарушенной сферической или цилиндрической симметрией, которая обеспечивает дополнительную степень гибкости в настройке электромагнитного отклика. Локализация в них оптической волны в субволновых масштабах создает горячие магнитные «точки», формирующие магнитные круги.
Пример относительных интенсивностей электрического и магнитного полей Янус-частицы. Снизу приведены распределения соответсвующих горячих точек в окрестности сегмента частицы в увеличенном масштабе. Излучение падает сверху вниз
Исследование генерации магнитных концентрических горячих кругов на оптических частотах в диэлектрических мезомасштабных частицах проводилось на частице с нанометровым слоем фосфида галлия. За основу было взято использование резонанса Фано высокого порядка — типа резонанса, возникающего в результате интерференции двух волновых процессов. Он позволяет проводить локализованные манипуляции с магнитным и электрическим полями, повышая эффективность их генерации. Ученые предложили другой фундаментальный подход.
«Приспосабливая нарушение морфологической симметрии к цилиндрической или сферической частице, нам удалось «переключиться» с горячих точек электрического поля на горячие точки магнитного поля с усилением его до нескольких порядков внутри частиц Януса вблизи их теневой поверхности. При этом усиление магнитного поля в таких локальных областях в несколько раз больше усиления электрического поля. Это расширяет возможности локализации сильного поля за дифракционным пределом в наномасштабе, открывая возможности для новых приложений. Таким образом, мы обнаружили, что сферические или диэлектрические мезоразмерные частицы с нарушенной симметрией могут генерировать стабильные наноразмерные горячие точки с гигантским увеличением интенсивности поля», — комментирует руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Олег Минин.
Предложенный метод генерации локализованных магнитных горячих точек может быть перспективен для улучшения взаимодействия магнитного света и материи при квантовых вычислениях, захвате наночастиц, суперразрешения и других процессах, связанных с работой магнитооптических устройств.
Источник: https://scientificrussia.ru/

С помощью нескольких разновидностей микроскопии химики из Китая смогли посмотреть на фотокатализатор в действии. Они пронаблюдали за тем, как по кристаллам оксида меди (I) при облучении перемещается электронная плотность. Причем перенос электронов с одной грани на другую занял меньше пикосекунды, пишут ученые в Nature.
Фотокатализаторы – это вещества, которые ускоряют реакции при облучении светом. Как и в случае обычных катализаторов, фотокатализаторы принято делить на гомогенные и гетерогенные. Когда катализатор гомогенный, энергия света переводит его молекулы в возбужденное состояние, в котором им легче отдавать или принимать электроны – за счет этого ускоряются окислительно-восстановительные реакции.
Примерно то же самое происходит и в случае гетерогенных фотокатализаторов, которые представляют из себя отдельную фазу. Как правило, такие фотокатализаторы – полупроводники, и их поведение можно объяснить с помощью зонной теории. Согласно ей под действием энергии света часть электронов полупроводника переходит из низколежащей по энергии валентной зоны в более высоколежащую зону проводимости. Эти электроны потом могут переходить к реагирующему веществу, а электронные вакансии в валентной зоне – дырки – могут принимать электронную плотность вещества на себя. Эти два процесса и приводят к каталитическому эффекту. Например, при фотокаталитическом разложении воды водород принимает на себя электронную плотность с зоны проводимости, а кислород отдает ее валентной зоне.
Процесс перехода электронной плотности в кристаллах полупроводника можно наблюдать с помощью микроскопии. Конечно, сами электроны увидеть нельзя, но перемещение электронной плотности под действием света с одних граней монокристалла полупроводника на другие зарегистрировать можно. Для этого нужно посмотреть на облученный кристалл полупроводника в микроскоп, который умеет измерять фотоэлектродвижущую силу на поверхности исследуемого образца (SPVM-спектроскопия). И хотя увидеть результат перемещения электронной плотности не составляет труда, посмотреть на этот процесс в движении до сих пор никому не удавалось.
Но недавно с этой задачей справились химики под руководством Ли Цаня (Li Can) из Университета Китайской академии наук. Они предложили использовать для этих целей время-разрешенную фотоэмиссионную электронную микроскопию (TR-PEEM).
Источник: https://nplus1.ru/

Физики из Германии и США исследовали влияние корреляций между носителями заряда в материале на динамический отклик электрон-дырочных пар при их облучении интенсивным терагерцовым излучением. Для этого они облучали монослой и толстую пленку из диселенида вольфрама инфракрасным и терагерцовыми импульсами и следили за генерацией боковых полос высокого порядка. Эксперименты в такой схеме позволили добиться аттосекундной точности в измерении задержек в движении квазичастиц, вызванных корреляциями.
Исследование опубликовано в Nature.
Временные масштабы физических процессов зачастую служат границами применимости для теорий, с помощью которых физики их описывают. Важны они и для экспериментаторов, поскольку каждый шаг в сторону уменьшения длительности типичных процессов, которые может исследовать установка, дается ученым с большим трудом.
Так, активно исследовать физику фемтосекундных масштабов (приставка «фемто» означает 10-15), например, движение атомов в молекулах, стало возможным в конце прошлого века благодаря созданию лазеров с соответствующими длительностями импульсов (этому была посвящена Нобелевская премия по химии за 1999 год). Осваивание же аттосекундного диапазона («атто» – 10-18) происходит лишь в наши дни. На таких временах исследуют задержку при вылете электрона и движение ядер при фотоионизации молекул, а также эффекты когерентности и запутанности молекулярных фрагментов.
Такие эксперименты обычно проводятся со струями атомов и молекул, выбрасываемыми в пустое пространство. Было интересно пронаблюдать аттосекундную динамику в конденсированных средах, однако спектральная ширина аттосекундных импульсов в силу неопределенности Гейзенберга неизбежно больше, чем миллиэлектронвольтные масштабы процессов с участием электронов и дырок в кристаллах. Вместо этого физики обычно применяют терагерцовое излучение с более длительными импульсами. Например, таким способом ученые смогли визуализировать волновые функции легкой и тяжелой дырок, распространяющихся в арсениде галлия.
Группа американских и немецкий физиков под руководством Маккилло Кира (Mackillo Kira) из Мичиганского университета и Руперта Хубера (Rupert Huber) из Регенсбургского университета пошла дальше и исследовала, как меняется динамика электронов и дырок под действием разгоняющего их терагерцового поля, в зависимости от того, каким корреляциям они подвержены в образце. Меняя время начала разгона, они смогли выявить нужные эффекты с субфемтосекундной точностью, обойдя ограничения, накладываемые неопределенностью энергия-время.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Явления квантового мира, кажущиеся причудливыми и невозможными с точки зрения классической физики, постепенно находят все больше и больше областей применения в современных технологиях. Возьмем, к примеру, квантовую запутанность, невидимую и неощутимую связь между частицами, действующую на любом расстоянии. Это явление уже используется в квантовых компьютерах, позволяя им выполнять большое количество вычислений параллельно, и для того, чтобы можно было использовать квантовые компьютеры с реальной пользой, требуется возможность получения больших количеств запутанных частиц, выступающих в роли квантовых битов, кубитов.
«Фотоны, частицы света, как нельзя лучше подходят для этих целей из-за того, что они стабильны сами по себе и ими легко управлять» — пишут исследователи из Института квантовой оптики Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics, MPQ), — «И нам удалось разработать новый и полностью контролируемый способ генерации цепочек запутанных фотонов, имеющих, теоретически, любую длину. Но использованное нами оборудование позволяет сейчас генерировать и контролировать только 14 запутанных фотонов одновременно»
Ключевым моментом генератора цепочек запутанных фотонов является единственный атом рубидия, размещенный в центе оптической полости, своего рода оптического резонатора. При помощи света одного лазера атом переводится в возбужденное энергетическое состояние, а дополнительный лазерный импульс, синхронизированный с вращением атома, заставляет атом излучить фотон света. При этом, фотон движется в строго заданном направлении, излучается в строго заданный момент времени и является запутанным с квантовым состоянием атома.
Используя последовательность лазерных импульсов, ученые добились стабильной генерации цепочек из 14 фотонов, которые были запутаны на квантовом уровне с атомом и между собой. «Согласно имеющимся на нынешний момент данным, 14 запутанных частиц света — это наибольшее количество, которые было произведено в лабораторных условиях в настоящее время» — пишут исследователи.
Однако, проведенные эксперименты показали, что эффективность данного метода генерации составляет 50 процентов, лишь только каждый второй управляющий лазерный импульс приводит к излучению запутанного фотона. Это, конечно, намного выше эффективности способа генерации запутанных фотонов при помощи расщепителей на основе кристаллов с нелинейными свойствами, по такой эффективности все еще недостаточно для реализации сложных квантовых вычислений и практического применения данного метода.
Проблема 50-процентной эффективности может быть решена, по мнению ученых, самым простым способом — размещением в оптической резонансной полости второго атома рубидия и дальнейшей синхронизации квантовых состояний обоих атомов, что приведет к их запутыванию. «Мы уже работаем над данной задачей» — пишут исследователи, — «И мы не сомневаемся в успехе ее решения в самое ближайшее время».
Перевод: https://dailytechinfo.org/

Исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали защитные покрытия на основе углеродных нанотрубок, которые упрочнят элементы оптоэлектроники и защитят их от воздействия внешних факторов.
Сегодня наноматериалы активно используются в радиоэлектронном приборостроении, медицине и информационных технологиях. Подложки на основе сульфида цинка (ZnS) функционируют в диапазонах длин волн от 0,35 мкм до 15 мкм, поэтому они используются в инфракрасной фотонике при разработке полупроводниковых лазеров, ИК-прозрачных окон, линз и призм. В отдельные категории входит их применение в качестве детекторов радиоактивности и материалов для светодиодов.
Для сохранения эксплуатационных характеристик ZnS-материалов, необходимо обеспечивать защиту от проникновения влаги, механического, лазерного и термического воздействия. Эти проблемы предлагается решить посредством использования специальных покрытий.
Ученые кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и отдела «Фотофизики наноструктурированных материалов и устройств» ГОИ имени С. И. Вавилова под руководством профессора кафедры Наталии Каманиной разработали защитные покрытия для полупроводниковых ZnS-материалов, на основе лазерно-осаждаемых углеродных нанотрубок. Благодаря использованию этих структур можно добиться большей механической и лазерной прочности защитных экранов и фотодатчиков для нужд оптоэлектроники, а также защитить подложки от воздействия внешних условий.
«Технологическая уникальность нашего изобретения заключается в его экологичности и точности — для нанесения покрытия используется бесконтактный управляемый метод. Также, что важно, в том, что ускоряемые в электрическом поле углеродные нанотрубки разрушают связи и имплантируются в решетку ZnS, создавая совершенно новый композит», — рассказывает Наталия Каманина.
Научная новизна проекта — в бесконтактном способе нанесения углеродных нанотрубок, который заключается в нагревании подложки под действием моделируемого лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм. Из-за формируемого градиента температур углеродные нанотрубки движутся в сторону подложек ZnS, затем ускоряются электрическим полем сетки с заданными параметрами и имплантируются в матрицу ZnS. При нанесении слоя используется схема лазерного ориентированного осаждения, которая состоит из лазера, оптической схемы, вакуумного поста и управляющего источника.
По словам ученых, на данный момент аналогов разработанной технологии не существует. «В России таких примеров нет. Есть отдельные производители ZnS и отдельные производители углеродных нанотрубок, однако рецепт и оборудование для контролируемого лазерного переноса нанотрубок на поверхность ZnS существуют, на данном этапе, только у нас», — объясняет Наталия Владимировна.
Исследователи планируют запатентовать методы нанесения нанотрубок, заложенные в данном проекте, и продолжать выходить на работу с другими материалами по этой технологии. Планируется также подвергнуть данные поверхности жесткому УФ-облучению для просмотра возможности использовать данные слои в вакуумном ультрафиолете.
Разработка частично поддержана грантом конкурса научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических проектов СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Проект получил финансирование на реализацию в размере двух миллионов рублей. В проекте участвуют аспиранты кафедры фотоники Андрей Тойкка и Ярослав Барнаш. На начальных этапах научно-исследовательские работы по этой теме были поддержаны в рамках ФЦП НТБ «Нанокоатинг-ГОИ».
Источник: https://naked-science.ru/

Российские физики предложили способ кодировать информацию на физических носителях в пяти измерениях.
Запись данных с помощью лазера применяется в оптических компакт-дисках. Импульсы нагревают особый материал, в результате чего меняется его фазовое состояние и отражающая способность. В с помощью областей с хорошими и плохими отражающими свойствами кодируются единицы и нули данных. Лазерный луч перемещается по трем координатам, обеспечивая таким образом трехмерную запись. Однако максимальная плотность данных при таком способе ограничена.
Специалисты с Физического факультета МГУ предложили увеличить плотность данных за счет введения дополнительных факторов кодирования. Материалом для записи служит тонкая пленка из GST225 — халькогенидного соединения. Следы от лазера на таком материале могут нести информацию не только о яркости отраженного света, но его поляризации, а также электрофизические характеристики поверхности. Таким образом, сигнал становится пятимерным.
«При падении сфокусированного излучения фемтосекундного лазера на пленку из GST225 возбуждаются поверхностные плазмоны-поляритоны. В результате их интерференции с падающим излучением происходят не только фазовые переходы данного материала, но и образуются поверхностные периодические структуры, существование которых мы обнаружили с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Наличие таких структур и обуславливает анизотропию в облученном материале», — поясняет один из соавторов работы Александр Колчин, аспирант физического факультета МГУ.
Авторы надеются, что с помощью их технологии можно будет создать гораздо более компактные носители информации.
Источник: https://www.gazeta.ru/

Используя метод лазерной интерференционной микроскопии (ЛИМ), учёные Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Всероссийского научно-исследовательского института оптико-физических измерений РАН разработали подходы к детальной оценке состояния живой нервной клетки. Им удалось измерить различные участки самого большого отростка нейрона – аксона.
Подробности исследования специалисты представили на V Международной конференции «Современные достижения бионаноскопии», проходившей в Москве 15–17 июня.
Эта работа очень важна с точки зрения методологии, так как даёт исследователям инструмент для изучения живых тканей и клеток.
Большинство современных методов микроскопии требует фиксации и окрашивания биологического объекта, что часто приводит к искажению нативной структуры этого самого объекта и, как следствие, к искажению получаемой информации. Предложенная новая методика – попытка приблизиться к тому, чтобы увидеть реальную картину происходящего в живой клетке. Кроме того, в данной работе, которая выполнялась под руководством А. И. Юсиповича, использовались приборы, изготовленные отечественными разработчиками: автоматизированный интерференционный микропрофилометр был создан в институте ВНИИОФИ в Москве на базе микроинтерферометра Линника МИИ-4 (ЛОМО, Россия).
Основной принцип, используемый при исследовании объектов с помощью ЛИМ, – измерение их оптических свойств и окружающей среды, а также высоты объекта в точке измерения. Измерения «ширины» объекта соответствуют таковому для обычных оптических микроскопов, а вот «высота» объекта измеряется гораздо точнее. ЛИМ позволяет достичь точности измерения «по вертикали» – 2,5 нанометра.
Нервная клетка имеет множество отростков. Аксон, самый протяжённый из них, может достигать у крупных позвоночных животных длины до одного метра и более. Снаружи он, как рулет, покрыт миелиновым волокном, образованным многократным оборачиванием выроста мембраны так называемых Шванновских клеток. Но это покрытие неоднородно и местами прерывается, образуя так называемые перехваты Ранвье, играющие очень важную роль в процессе передачи нервного импульса.
С помощью метода ЛИМ учёные смогли оценить диаметр нервного волокна и диаметр аксона в перехвате Ранвье, длину перехвата Ранвье и участков между ними.
В той области, где вклад миелина в толщину волокна максимален (края промежутка аксона, покрытого миелином), точность измерения составляет около 40 нанометров. В области перехвата Ранвье, где минимальна доля мембран, точность метода – около 300 нанометров. В остальных участках нервного волокна точность метода будет меняться в зависимости от доли миелина.
Таким образом, как считают учёные, метод позволяет довольно точно оценить геометрию и функциональное состояние нервного волокна.
Источник: https://sdelanounas.ru/

В ходе эксперимента сильные лазерные вспышки, поразившие образец пластика, на короткое время нагрели его до 6000 и, таким образом, создали ударную волну, которая за несколько наносекунд сжала вещество до давления, в миллионы раз превышающего атмосферное.
Крошечные алмазы, так называемые наноалмазы, способны образовываться под воздействием экстремального давления. Это выяснила международная группа ученых во главе с немецким Центром им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), пишет SciTechDaily. Наноалмазы можно использовать в производстве очень чувствительных квантовых сенсоров, а также для изучения строения далеких планет.
Экстремальные условия возникают внутри ледяных гигантов, таких как Нептун и Уран, с давлением в миллионы раз выше, чем на Земле, и температурой, которая может достигать нескольких тысяч градусов по Цельсию. Подобные состояния можно на короткое время воспроизвести и в лаборатории, используя интенсивные лазерные вспышки. Именно этим занималась группа ученых.
«До сих пор мы использовали углеводородные пленки для подобных экспериментов, — говорит физик из HZDR Доминик Краус. — Но, поскольку ледяные гиганты также содержат значительное количество кислорода, в дополнение к углероду и водороду, с помощью этих пленок удалось лишь частично воспроизвести внутреннюю часть планет». В поисках подходящего пленочного материала исследователи наткнулись на повседневное вещество — ПЭТ. Из него делают обычные пластиковые бутылки.
«ПЭТ имеет хороший баланс между углеродом, водородом и кислородом для имитации активности ледяных планет», — объясняет Краус. Для воздействия на ПЭТ-пленки специалисты использовали мощный рентгеновский лазер Linac Coherent Light Source (LCLS). Они провели дифракцию рентгеновских лучей, чтобы определить, были ли созданы наноалмазы, а также малоугловое рассеяние, чтобы увидеть, как быстро и насколько большими росли алмазы.
«До сих пор наноалмазы в основном производились путем подрыва взрывчатых веществ, — говорит эксперт. — С помощью лазерных вспышек в будущем их можно будет производить намного чище».
Ученые видят это так: высокопроизводительный лазер производит десять вспышек в секунду на ПЭТ-пленке, которая освещается лучом с интервалом в одну десятую секунды. Созданные наноалмазы вылетают из пленки и попадают в сборный резервуар, наполненный водой. Там они замедляются, а затем могут быть отфильтрованы, собраны и использованы, например, для производства квантовых сенсоров.
Источник: https://hi-tech.mail.ru/

 

Несмотря на прогресс в преобразовании солнечного света в электрическую энергию ее серьезным ограничением остается смена дня и ночи. Американские ученые сообщили о прорыве в этом направлении исследований — они создали новый тип системы получения солнечной энергии, которая бьет рекорды эффективности среди всех существующих технологий. К тому же она позволяет генерировать чистое электричество круглые сутки.
«С помощью нашей архитектуры эффективность сбора солнечной энергии может быть увеличена до термодинамического предела, — сообщил Бо Чжао, профессор Университета Хьюстона и руководитель проекта.
Термодинамический предел — это абсолютный максимум эффективности конверсии солнечного света в электричество.
В традиционной солнечной термофотовольтаике (СТФВ) для достижения большей эффективности используется промежуточный слой, пишет Science Daily. Его лицевая сторона, направленная к свету, абсорбирует фотоны. Солнечная энергия преобразуется в тепловую и нагревает промежуточный слой. Но термодинамическая эффективность ограничивает СТФВ на уровне 85,4%, что намного ниже, чем так называемый предел Ландсберга, абсолютный предел эффективности получения солнечной энергии, который равен 93,3%.
Команда профессора Чжао показала, что дефицит эффективности вызван неизбежной обратной эмиссией промежуточного слоя. Ученые предложили решение этой проблемы: необратимые системы СТФВ, которые используют промежуточный слой с необратимыми излучательными способностями. Такой слой мог бы подавлять обратную эмиссию и направлять больше фотонов в сторону фотоэлемента.
Такой новаторский подход позволяет достичь предела Ландсберга, что на практике открывает возможность к существенному увеличению производительности фотоэлементов.
Помимо этого, новая технология обещает сделать солнечные панели более компактными и гибкими. В одном из вариантов использования СТФВ можно объединить с экономной системой хранения тепловой энергии, которая будет генерировать электричество круглые сутки.
Источник: https://hightech.plus/

Американские физики описали новый экспериментальный подход к созданию двумерных массивов холодных атомов произвольной геометрии. Он основан на стробоскопических оптических пинцетах, за формирование которых отвечают два скрещенных акустооптических модулятора. Авторы показали, что комбинация нового подхода с методом разделения атомов по спинам способна реализовывать самые разнообразные модели квантового транспорта.
Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Понимание того, что неоднородность светового поля способна воздействовать градиентной силой на микроскопические объекты, привело к изобретению оптического пинцета, отмеченного Нобелевской премией (подробнее об этом читайте в материале «Скальпель и пинцет»). Его действие основано на том факте, что распределение в пространстве интенсивности сфокусированного лазерного света имеет максимум. Тогда атом, попавший в окрестность этого максимума, может оказаться плененным.
Интерес, однако, представляют массивы атомов. Их можно создавать, формируя массив оптических пинцетов, то есть фокусируя несколько непараллельных лучей в семейство точек. Другой подход к той же задаче основан на интерференции встречных лазерных пучков, выраженной в пучностях и узлах стоячей волны. Второй способ обеспечивает однородность условий, в которых находятся атомы, но не допускает формирование более сложных геометрий. Последнее особенно важно для задач квантового транспорта в нетривиальной топологии. И хотя оптические пинцеты позволяют формировать такие условия, существующие методы страдают от трудностей с масштабированием и перестройкой.
Группа американских физиков при участии Васима Бакра (Waseem Bakr) из Принстонского университета предложили метод решения второй проблемы. Он основан на стробоскопических оптических пинцетах, которые формируются построчно в нужной конфигурации с некоторой частотой. Авторы показали, что в комбинации с техникой спин-разделения атомов и постселекции новый метод позволяет создавать низкоэнтропийные атомные массивы с одним спином на узел.
Идея нового подхода основана на пропускании лазерного луча через два скрещенных акустооптических модулятора.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Одна из важных задач современной физики полупроводников – создание компактных источников излучения терагерцового диапазона частот. Он находится между инфракрасным и микроволновым диапазонами частот, а длина волны составляет 0.1–1 мм, из-за чего терагерцовое излучение еще называют субмиллиметровым. В этом диапазоне можно увидеть спектры сложных органических молекул, например ДНК, взрывчатых или загрязняющих веществ. Кроме того, это излучение легко «проходит» сквозь диэлектрики и позволяет «посмотреть» сквозь дерево, керамику или пластик.
Поэтому такие источники востребованы для многих приложений: мониторинга окружающей среды, медицины, для реализации беспроводных систем связи новых поколений.
Коллектив ученых из России, США и Японии проводит исследования по созданию плазмонных метаматериалов на основе графена, необходимых для разработки такого источника. Российскую сторону в этом исследовании представляют сотрудники Института физики микроструктур РАН (филиал ИПФ РАН), Института радиоэлектроники РАН и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.
Исследование свойств графена началось с пионерской работы нобелевских лауреатов Константина Новоселова и Андрея Гейма с соавторами, которые получили первые образцы монослойного графена путем микромеханического расщепления графита. Необычная зонная структура этого материала была предсказана канадским физиком-теоретиком Филипом Расселом Уоллесом еще в 1947 году. Необычность состоит в том, что графен – это бесщелевой полупроводник. Это позволяет использовать графеновые структуры в качестве фотодетекторов, модуляторов, источников излучения, эталонов сопротивления и транзисторов, работающих при комнатной температуре. Вследствие отсутствия энергетической щели между состояниями электронов и дырок в графене такие оптоэлектронные приборы могут работать в терагерцовом диапазоне частот.
Плазмон (квант плазменных колебаний) — это псевдочастица, представляющая собой сочетание колеблющихся электронов и связанного с ним электромагнитного поля. Они возникают в твердых телах из-за колебаний электронов относительно ионов проводимости и бывают нескольких видов. В своем исследовании группа ученых предлагает использовать двумерные плазмоны — кванты колебаний плотности свободных электронов графена вдоль его границы с диэлектриком. Важным свойством двумерного плазмона является его малая скорость по сравнению со скоростью света. Чем меньше скорость, тем мощнее плазмон. Как показали теоретические расчеты, проведенные российской стороной, использование плазмонного механизма усиления вместо фотонного приведет к созданию более мощных и компактных лазеров терагерцового диапазона частот.
Графен обладает широким спектром излучения. Чтобы его «сузить» до определенной частоты при разработке лазера, необходим особый резонатор с высокой добротностью. Чтобы добиться этого, ученые создали периодические металлические контакты на структуре со слоем графена, выращенным на подложке из карбида кремния. Такие искусственно созданные композиционные материалы называются метаматериалами. Их свойства обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. Часть металлических контактов обеспечивала накачку током, а другая предназначалась для управления типом проводимости в определенной части графенового слоя и создания таким образом излучающего диода с определенной длиной волны. Недавно японским коллегам с участием ученых ИФМ РАН удалось впервые продемонстрировать в такой структуре лазерную генерацию на частоте 5,2 ТГц при температуре до 100 K.
«Мы продолжаем исследование в данном направлении, но пытаемся использовать более технологичные полупроводниковые структуры из ртути, кадмия и теллура (HgCdTe) c узкозонными квантовыми ямами HgTe вместо графена. Использование таких структур может привести к улучшению результатов. Кроме того, такие структуры выращиваются в России (Институт физики полупроводников СО РАН), а экспериментальные исследования будут проводиться в ИФМ РАН», – отмечает Александр Дубинов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела физики полупроводников ИФМ РАН.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Страница 1 из 15

© 2022 Лазерная ассоциация

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск