Электрическое напряжение в графене позволяет контролировать терагерцовое излучение
 Схематическое описание эксперимента и обнаруженного явления модулирования проходящих волн терагерцового и среднего-ИК диапазонов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Электромагнитный спектр в области 0,1 – 10 Терагерц интересен ученым, поскольку обещает новые возможности при изучении других физических явлений. Потенциально это может принести пользу в самых разнообразных сферах, от национальной безопасности до фармакологии.
Электромагнитные волны в этом диапазоне формируются за счет двух, казалось бы, принципиально разных физических явлений: электронного транспорта и оптических переходов. Однако в этом диапазоне частот оба явления сравнительно мало изучены по сравнению с «классическими» электроникой (с частотой много меньшей 100 ГГц) и фотоникой (где частоты превышают 10 ТГц). Несмотря на недавнее впечатляющее развитие различных вариантов источников и приемников терагерцового излучения, а также появившиеся передовые технологии терагерцовой спектроскопии и зондирования, необходимых технологий для управления электромагнитными волнами в этом диапазоне все равно не хватает. Как показала группа ученых из Rice University (США), разумное сочетание терагерцовых и нанотехнологий позволяет значительно продвинуться в этом направлении, существенно улучшив уже разработанные техники.
Углеродные наноструктуры низкой размерности, например, углеродные нанотрубки или графен, открывают новые возможности для науки и техники в терагерцовом диапазоне. К примеру, ранее было показано, что сочетание одно- и многослойных углеродных нанотрубок может быть отличным поляризатором ТГц-волн, что необходимо для излучения этого диапазона. Графен со своей стороны является не менее интересным. Он уже несколько лет привлекает ученых за счет высокой проводимости при комнатной температуре, но многие другие его свойства, в том числе относящиеся к нелинейным и неравновесным процессам, исследованы слабо. Прогнозируется, что эти свойства могут быть полезными для освоения терагерцового диапазона. Хотя в ближнем ИК и видимом диапазоне графен поглощает 2,3 % падающего излучения, в ТГц-диапазоне доминирует поглощение зоной проводимости, т.е. доля поглощаемых фотонов может значительно превышать упомянутые 2,3%. Именно это свойство и использовали ученые при создании своего модулятора для электромагнитных волн терагерцового и среднего-ИК диапазонов.
Данное устройство работает за счет приложения внешнего напряжения. В его присутствии изменяется положение уровня Ферми в графене, что, в свою очередь, позволяет модулировать передачу ТГЦ и ИК-волн. Ученые считают, что опубликованная ими работа не только дает новую фундаментальную информацию о поведении фермионов Дирака в графене, но и гарантирует будущее применение этого необычного двумерного материала в ТГц и ИК-оптоэлектронике. Следующим шагом, как они считают, должно стать повышение эффективности и степени модуляции.
Также по теме:
- На базе графена можно создать высокопроизводительный оптический модулятор
- Предложена конструкция искусственной мышцы из нанотрубок
- Монослой диселенида молибдена позволит повысить эффективность солнечных батарей
- Графен демонстрирует еще один квантовый сюрприз
- Вариации характеристик нанотрубок влияют на производительность транзисторов
Источники: