FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2020
176 городов
September – November 2020
312 cities
09-11 октября 2020
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры
21-22 сентября 2019 года
22-23 октября 2019 года
29-30 ноября 2019 года
7-8 сентября 2019 года
27-29 сентября 2019 года
4-5 октября 2019 года
10-12 октября 2019 года

Спор о причинах возникновения терагерцевого фотоотклика в графене завершился ничьей

Физики из МФТИ вместе с британскими и российскими коллегами выяснили, какие физические механизмы отвечают за возникновение фототока в графене под действием терагерцевого излучения. Работа, опубликованная в Applied Physics Letters, с одной стороны завершает давний спор о причинах возникновения постоянного тока в графене при воздействии на него высокочастотным излучением, с другой — создаёт основу для разработки высокочувствительных терагерцевых детекторов. Такие детекторы востребованы в медицинской диагностике, беспроводной связи и системах безопасности.

В 2005 году выпускники МФТИ Андрей Гейм и Константин Новосёлов экспериментально изучили поведение электронов в плоских «сотах» из атомов углерода. Они выяснили, что электроны в графене реагируют на электромагнитное излучение с любой энергией кванта, тогда как в «обычных» полупроводниках существует минимальная энергия, ниже которой материал на свет не реагирует. Однако вопрос о том, в какую сторону будет двигаться электрон под воздействием излучения в графене, долгое время был дискуссионным — слишком много факторов «тянет» его в разные стороны. Особенно остро стоял этот вопрос для фототока, вызванного терагерцевым излучением.

Терагерцевое излучение интересно уникальным сочетанием свойств. Оно достаточно хорошо проходит через многие диэлектрики и при этом не является ионизирующим: это ценно для диагностических систем или систем безопасности. Терагерцевая камера сможет видеть спрятанное под одеждой оружие, а медицинский сканер сможет на ранних стадиях выявить заболевания кожи по спектральным линиям («отпечаткам пальцев») характерных белков в терагерцевом диапазоне. Наконец, повышение несущей частоты Wi-Fi устройств с единиц до сотен гигагерц (суб-терагерцевый диапазон) позволит пропорционально увеличить скорость передачи данных. Но для всех этих приложений нужно разработать чувствительный, недорогой и с низким уровнем помех детектор.

Терагерцевый детектор, созданный исследователями из МФТИ, МПГУ и Университета Манчестера (где, собственно, и открыли графен), представляет собой лист графена (изображён зелёным на рисунках 1 и 2), зажатый между диэлектрическими слоями нитрида бора и электрически подключённый к терагерцевой антенне — металлической спирали размером чуть менее миллиметра. Излучение, приходящее на антенну, раскачивает электроны на одной стороне листа графена, а на другой стороне считывается возникающий постоянный ток. Именно «упаковка» графена в нитрид бора позволяет достичь рекордных электрических характеристик; благодаря этому чувствительность созданного детектора на порядок превышает чувствительность предыдущих конструкций. Однако основным результатом работы является не улучшение приборных характеристик, а понимание физических явлений, ответственных за возникновение фототока.

Существует три основных эффекта, ответственных за возникновение тока при воздействии на графен терагерцевого излучения. Первый — фото-термоэлектрический эффект — происходит из-за разности температур контакта, присоединённого к антенне, и считывающего контакта. Электроны при этом приходят в движение от горячего контакта к холодному, подобно воздуху, поднимающемуся вверх от теплой батареи. Второй эффект состоит в появлении выпрямленного тока на контактах: оказывается, что контакты к графену пропускают высокочастотный сигнал только при определённой полярности. Третий, наиболее интересный эффект, называется плазмонным выпрямлением. Можно считать, что контакт, присоединённый к антенне, запускает в графеновой полосе «волны в электронном море», а считывающий контакт регистрирует средний ток, связанный с этим волнением.

«Раньше фототок в подобных детекторах пытались объяснить лишь одним из этих механизмов, а другие полностью игнорировались, — рассказывает Дмитрий Свинцов, руководитель лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ, — В действительности, работают все три, и в нашей работе мы выяснили, какой эффект при каких параметрах доминирует. При низких температурах доминируют термоэлектрические эффекты, а при высоких температурах и в приборах с большой длиной канала — плазмонное выпрямление. Главное — мы поняли, как сделать детектор, где разные механизмы фотоотклика будут друг друга усиливать, а не мешать друг другу».

Информация, полученная в описанных экспериментах, позволяет подобрать верные технологические решения для создания терагерцевых детекторов и приближает нас к высокоскоростным Wi-Fi устройствам, безопасной медицинской диагностике и дистанционному обнаружению опасных веществ.

Работа была поддержана Российским научным фондом, Министерством образования и Науки РФ, Британским фондом и Российским фондом фундаментальных исследований.

 

Источник http://rscf.ru

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Графен в медицине

Ксения Рыкова для ПостНауки

Астрономы поймали длинный гамма-всплеск от взрыва далекой сверхновой

Астрономы смогли достоверно обнаружить новую пару сверхновая—гамма-всплеск в далекой галактике. Подобные открытия позволяют понять связь между этими катаклизмами и более детально разобраться в механизмах генерации гамма-всплесков.

Взрыв сверхновой разложили на этапы

Сверхновые звёзды — основной источник элементов жизни во Вселенной. Существование человечества и всего живого стало возможно благодаря тем химическим элементам, которые были получены в результате взрыва сверхновых звёзд.

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Заглянуть в голову животным

Правда ли, что ваша собака думает только о еде, сне и погоне за кошками? Правда ли, что кот вашей девушки имеет что-то против вас? Правда ли, что коровы – всего лишь ходячие гамбургеры, а голуби претендуют на мировое господство?

Физики объяснили форму «винных слез»

Ученые из США разработали теорию, которая использует концепцию ударных волн, для объяснения формы «винных слез».

Впервые обнаружен экситон Махана

Робот варит цирконий

Основная задача робота-сварщика – сварка циркониевых деталей для ядерных реакторов.

Ученые МГУ исследовали синдром системного воспаления организма

Сотрудники Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В.Ломоносова изучили синдром системной воспалительной реак