Терагерцовыми лазерами научились управлять с помощью графена

Терагерцовыми лазерами научились управлять с помощью графена

Группа физиков из Университета Манчестера в соавторстве с Нобелевским лауреатом Константином Новосёловым научилась с помощью графена изменять характеристики испускаемого излучения терагерцового лазера. Это стало возможным благодаря особым свойствам двумерного материала — возможности легко изменять его электронную структуру. Работа опубликована в журнале Science.

Устройство представляет собой систему из квантово-каскадного лазера и волновода, поверх которого ученые поместили лист графена большой площади. Излучение, полученное с помощью лазера, распространяется по волноводу, и может изменяться за счет его взаимодействия с электронной структурой системы графен-волновод.

В квантово-каскадном лазере излучение генерируется за счет электронных переходов между слоями гетероструктуры — «стопки» из тонких пленок полупроводников. В отличие от обычных полупроводниковых устройств, спектр излучения квантово-каскадных лежит в инфракрасной области, в том числе с их помощью можно получить и терагерцовое излучение.

Авторы работы использовали в качестве среды распространения полученного лазерного луча металлический волновод, на который «положили» слой графена. Волновод в свою очередь, поместили внутрь оптического резонатора — системы зеркал, в которой многократно отражающиеся фотоны образуют стоячие волны с определенным набором частот. Изменение характеристик светового пучка происходило за счет взаимодействия световых волн в резонаторе и коллективных электронных колебаний в графене — квазичастиц-плазмонов.

Поскольку электронные свойства графена можно менять в широких пределах, например, направленно создавая дефекты или встраивая в его структуру другие атомы, таким образом, можно менять и частоты плазмонов материала. По словам авторов, взаимодействие между поверхностными плазмонами и лазером способно изменять свойства резонатора и тем самым менять частоту и усиление отдельных мод (длин волн) излучения будущего лазера.

В эксперименте физики сравнили, как меняются свойства излучения лазера при различных способах его модификации. В отсутствие графена устройство генерировало под действием тока большое количество различных длин волн, лежащих в пределах 2.85-3 ТГц. Затем ученые нанесли на волновод специальные насечки. По словам физиков, эти объекты, размером не более микрона, представляют собой своего рода голограмму, соответствующую функции, «фильтрующей» излучение лазера. В результате этого количество пиков в спектре излучения уменьшилось.

Физикам удалось показать, что при определенных условиях эксперимента, для изменения характера лазерного излучения достаточно изменять напряжение, подаваемое на слой графена. Данные изменения обратимы и могут как включать так и выключать спектральные линии в лазере. Авторы считают, что полученные ими результаты могут стать основой для разработки нового поколения активных, программируемых плазмонных метаматериалов с широким спектром применений в фотонике, материаловедении и нанотехнологиях.

Терагерцовым называют излучение которое располагается в электромагнитном спектре между инфракрасным и микроволновым. Обладая сравнительно большой длиной волны — от сотых долей до единиц миллиметра — оно может легко проникать сквозь различные преграды. Например, для терагерцового излучения были разработаны камеры, способные заглянуть внутрь непрозрачных материалов или под слой одежды. Однако современные источники терагерцового излучения обладают большими размерами. Новая технология открывает путь к миниатюризации этих устройств.

N+1

Похожие новости:
Графен сочли пригодным материалом для нейропротезов
Графен оказался нейтральным материалом для нейронов. К такому выводу пришла междисциплинарная группа ученых из Кембриджского центра графена и итальянского Университета Триеста показала. Вещество не повреждает клетки и не влияет на их электрофизиологическую активность, что делает его перспективным материалом для разработки нейропротезов. Статья ..
2016-01-30 1824 0 Технология
0
Ученые научились управлять структурой графена
Группа физиков из Университета штата Аризона обнаружила, как изменить кристаллическую структуру графена при помощи электрического поля. Это открытие стало важным шагом к возможному использованию графена в микропроцессорах, которые будут меньше и быстрее, чем современные компоненты, построенные на основе кремния. Графен ..
2014-05-05 1541 0 Технология
0
Создан искусственный атом из графена
Международная группа ученых из Австрии, Германии и Великобритании создала искусственный атом из графена. Результаты работы исследователи представили в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.Искусственным атомом или квантовой точкой называется структура, внутри которой электроны находятся «в ловушке». Они могут ..
2016-08-24 6921 0 Технология
0
Графен оказался идеальным материалом для бронежилетов
Физики в новом баллистическом тесте продемонстрировали высокую ударопрочность графена, а также сравнили его с бронежилетом. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist. В новом тесте ученые использовали лазерный импульс, ..
2014-11-30 4047 0 Технология
4
Ученые разработали новый способ охлаждения с графеном
Исследовательская группа из Калифорнийского Университета (University of California) разработала новый способ охлаждения с использованием многослойного графена для отвода тепла от нитрида галлия — полупроводниковый материал, используемый в различных устройствах, начиная от электрических автомобилей и заканчивая светофорами, сообщает «WordScience.org». Новый ..
2012-05-16 1869 0 Технология
0
Ученые создали сенсор ночного видения для линз
Контактные линзы с функцией ночного видения могли бы отлично вписаться в научно-фантастический фильм, но новые исследования показали, что существует способ, чтобы действительно придать нашим глазам возможность видеть в темноте. Группа ученых Electrical Engineers из Университета штата Мичиган создали ..
2014-04-07 2371 0 Технология
0
Графену с дефектами нашли применение в топливных элементах
Физики из США показали, что локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена могут привести к эффективному переносу протонов через него. Это может найти применение в конструкции топливных батарей будущего. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, ..
2015-03-20 1667 0 Технология
0
Samsung открыла новый способ выращивания графена
Едва Стэнфордский университет объявил о создании интегральной схемы на базе 20-нанометровых графеновых транзисторов, как с очередным громким заявлением выступила компания Samsung. Основаннный ею Институт передовых технологий Samsung (SAIT) в соотрудничестве со старейшим в Корее университетом Сонгюнгван открыл способ «бесшовного» ..
2014-04-04 1876 0 Технология
0
Физики разработали графеновый транзистор
Физики из Швеции и Германии представили прототип транзистора на основе графена и соединения кремния и углерода, которому не требуются металлические электроды. По словам ученых, роль электродов играют полоски графена, соединенные с карбидом кремния, являющимся полупроводником.По словам исследователей, функции ..
2012-07-19 1862 0 Технология
0
Смятый графен стал основой искусственных мышц
Физики научились контролировать образование складок на графене и использовали их для создания искусственных «мышц» - электромеханического двигателя. Работа опубликована в журнале Nature Materials, а ее краткое содержание приводит сайт университета Дьюка. Для управления образованием складок на одноатомном углероде ученые использовали ..
2013-01-29 1959 0 Технология
1
Корейцы представили дешевый способ выращивания графеновых пластин
Институт передовых технологий компании Samsung (SAIT) совместно с учеными университета Сонгюнгван разработали простой и дешевый способ получения графеновых пластин больших площадей, сообщает Phys.org. Ожидается, что он может привести к всплеску использования графеновых волокон в электронной промышленности, ..
2014-04-10 2451 0 Технология
0
Мышцы из графена обеспечат плавные движения
Биоинженерам из университета Дюка удалось создать материал, который сможет обеспечить плавные движения искусственных протезов и экзоскелетов. В настоящее время движения этих устройств обеспечиваются гидравлическими или пневматическими приводами, что делает невозможными плавные и естественные движения из-за того, ..
2013-02-26 1900 0 Технология
0
Ученые создали новый датчик изображения из графена
Группа ученых Наньянского технологического университета (НТУ) (Nanyang Technological University (NTU) в Сингапуре разработала новый датчик изображения из графена который обещает повысить качество изображений, снятых в условиях низкой освещенности. В тестах, он уже доказал, что в 1000 раз более чувствителен ..
2013-06-2 1528 0 Технология
0
Свойства графена зависят от материала его подложки
Исследователи из Массачусетского технологического института (США) установили, что графен, одноатомный слой углерода, химически и электрически проявляет в значительной степени не свои свойства, а свойства материала подложки, на которую он помещён. Из-за своей предельной тонкости графен применяется исключительно вместе с какой-либо ..
2012-08-15 2201 0 Технология
0
Китайские ученые создали батареи на основе графена
Китайские ученые создали батареи на основе графена. Статья ученых пока не принята к публикации в рецензируемом журнале, однако еепрепринт доступен на сайте arXiv.org В рамках работы ученые помещали в раствор хлорида меди при комнатной температуре пару электродов, соединенных ..
2012-03-6 3027 0 Технология
0