Как поймать свет в углеродные сети?

Как поймать свет в углеродные сети?

Графен – упорядоченный слой атомов углерода – является тончайшим известным ныне веществом, которое, тем не менее, обладает исключительной механической прочностью и стабильностью. Результаты недавно проведенного исследования показывают, что его двухмерная сеть атомов даже может улавливать свет.

В 2010 году Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике за открытие электрической проводимости графена. Действительно, в будущем графен может заменить кремний как основа для исключительно маленьких и чрезвычайно быстрых транзисторов – поэтому он является объектом пристального интереса ученых по всему миру.

Высокая подвижность электронов в графене обусловлена тем фактом, что они заключены в шестиугольной кристаллической решетке. Международная группа ученых под руководством американского исследователя Дмитрия Басова доказала, что фотоны также могут «застревать» в решетке и свободно по ней передвигаться.

 «Можно даже управлять световыми волнами внутри этой решетки», - утверждает физик Фритц Кайлманн, сотрудничающий с Мюнхенским университетом Людвига-Максимилиана, Центром нанонауки и Институтом квантовой оптики общества Макса Планка и внесший существенный вклад в успех проведенных испытаний.

Такое управление можно осуществлять с помощью электрических полей и токов. Следовательно, в будущем поведение света в графене может корректироваться при помощи электричества.

Поскольку свет заключается в нанокабели толщиной в миллионную часть миллиметра, время переключения может быть сокращено менее чем до одной пикосекунды (0.000000000001 сек). «Возможно, даже удастся разработать компьютеры с графеновыми резисторами, которые будут переключаться и оптически, и электрически», - добавляет Кайлманн.

Теоретические подсчеты ранее указывали на то, что фотоны – в частности, длинноволновые инфракрасные фотоны – действительно могут распространяться по графеновой решетке на существенно увеличенных скоростях.

Эффект замедления приписывался образованию плазмонов – разновидности гибридных частиц, образуемых при присоединении фотонов к зонам электрического возбуждения в графене. До недавнего времени было невозможно изучить плазмоны экспериментально, поскольку импульс силы инфракрасных фотонов был слишком мал, чтобы привести их в состояние возбуждения.

Эта проблема наконец-то была решена с помощью крошечной иголки с кончиком диаметром 1 нанометр. Действуя как громоотвод, она концентрирует падающий свет в очень маленьком пространстве. Это увеличивает импульс силы инфракрасных фотонов почти в 60 раз и придает им дополнительный для приведения в движение плазмонных волн.

С этой целью ученые воспользовались промышленным ближнепольным микроскопом инфракрасного сканирования, чей остро наточенный наконечник обычно используется для определения состава изучаемого материала.

В данном случае изучалась краевая зона графенового образца. Отражение плазмонов на краю производит интерференционный узор, который кодирует информацию, подтверждающую образование плазмонов.

Он также позволяет сделать выводы относительно свойств плазмонов – таких, как сила отражения на краях и изменение скорости благодаря внешнему электрическому смещению – которые могут оказаться важными для исследования возможных сфер применения. «Таким образом, мы нашли долгожданный способ управлять световыми сигналами с помощью электрических средств», - подытоживает Кайлманн.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.spacedaily.com/reports/Trapping_light_in_a_carbon_net_999.html

  • Дата публикации: 26.06.2012
  • 426

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться