Нобелевский лауреат Андрей Гейм и его коллеги из МФТИ разработали детектор терагерцовых волн на базе графена

Нобелевский лауреат Андрей Гейм и его коллеги из МФТИ разработали детектор терагерцовых волн на базе графена

Компактный детектор легко встроить в мобильный телефон или компьютерный чип

Нобелевский лауреат Андрей Гейм и его коллеги из МФТИ создали
компактный детектор терагерцовых волн на базе графена, который
можно легко встроить в мобильный телефон или компьютерный чип,
сообщает РИА
Новости. Принципы его работы и связанные с ним неожиданные
открытия были представлены в журнале Nature
Communications.

«Наш детектор является, по сути, компактным спектрометром
терагерцового излучения, — по его сигналу можно узнать не только
интенсивность света, но и его частоту. В лабораторных
спектрометрах это достигается путем перемещения зеркал. Здесь же
прибор имеет размер в несколько микрон», – объясняет Георгий
Федоров из Московского Физтеха.

Терагерцовое излучение относится к числу самых перспективных
направлений исследований в области оптики, микроэлектроники и в
других высокотехнологичных сферах. В перспективе, волны такого
типа можно приспособить для сверхскоростной передачи информации,
наблюдения за работой живых клеток в режиме реального времени и
множества других целей.

Одна из таких целей и самое известное свойство этого излучения –
теоретическая способность делать наблюдаемые объекты
«прозрачными». К примеру, недавно ученые из MIT научились читать
закрытые книги, используя источник и приемник Т-излучения и
специальную программу, анализирующую получаемые ими снимки.

Распространению подобных технологий, по словам Федорова и его
коллег, мешает то, что все существующие сегодня детекторы
подобных волн имеют огромные размеры, они устроены крайне сложно
с технической точки зрения и потребляют большие количества
электричества.

Причина этого проста – терагерцовые волны обладают слишком
большой длиной для того, чтобы их можно было улавливать при
помощи транзисторов, аналогичных тем, на базе которых построены
светочувствительные матрицы во всех цифровых камерах и
телескопах.

Ученые достаточно давно пытались преодолеть эту проблему,
используя так называемые плазмонные резонаторы – наборы из
микроскопических кусочков металлов, кремния или других веществ,
покрывающих поверхность другого материала.

Подобные конструкции преобразуют свет, инфракрасное излучение или
прочие типы электромагнитных волн в другие типы колебаний, а
затем переизлучают его в виде «порций» фотонов с другими
свойствами или преобразуют в импульсы электричества.

Первые попытки создать плазмонные устройства, взаимодействующие с
«раздевающими лучами», закончились неудачно. Их работе мешали
различные помехи и процессы внутри подобных резонаторов, гасившие
коллективные колебания электронов, возникавшие внутри них при
поглощении Т-лучей.

Федоров и его коллеги решили эту проблему, научившись выращивать
подобные структуры на поверхности графена – абсолютно плоского
углеродного материала, за изучение которого Андрей Гейм и
Константин Новоселов получили Нобелевскую премию 2010 года.

Электроны внутри графена, как объясняют физики, могут двигаться с
рекордно высокой скоростью, почти не сталкиваясь с препятствиями.
Это натолкнуло их на мысль, что данный материал можно
использовать в качестве базы для резонаторов, способных поглощать
«раздевающие лучи».

Они успешно реализовали эту идею, подключив антенну, способную
улавливать терагерцовые волны, к транзистору, собранному из двух
пленок из нитрида бора, еще одного «плоского» материала, и
двойного слоя графена, упакованного между ними.

Колебания электронов, возникающие внутри резонатора, будут влиять
на то, как электричество движется через вход и выход этого
транзистора. Это, как показали опыты Гейма и его коллег,
позволяет не только «видеть» Т-лучи, но и «настраиваться» на
отдельную часть их спектра, меняя напряжение на затворе
транзистора.

Это же свойство их детища, по словам физиков, позволяет
использовать его для обратной цели – изучения свойств плазмонных
резонаторов и принципов их работы. Первые же опыты раскрыли
несколько неожиданных и крайне интересных вещей.

«Эксперимент показывает, что преобразование терагерцового
излучения в постоянный ток идет не совсем по предсказанным
законам. Поначалу это огорчает, но затем заставляет нас искать
подводные камни, приводящие к затуханию плазмонов. Некоторые из
них мы уже обнаружили. Когда их удастся устранить, спектр
применений этих детекторов станет еще шире», — заключает Дмитрий
Свинцов, коллега Федорова.

Иллюстрация: © @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ

 

Источник: ria.ru

scientificrussia.ru