Графен позволил создать ультрабыстрый лазер
 Трехмерная модель созданного ультрабыстрого лазера на основе графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Много научных статей было написано о таком необычном материале, как графен. Одноатомный слой углерода, образующий двумерную гексагональную кристаллическую решетку, впервые был представлен научному миру в 2004 году и, начиная с этого момента, уже не терял пристального внимания ученых со всего мира. За счет того, что графен, фактически, имеет двумерную структуру, электроны могут путешествовать через его кристаллическую решетку, почти не замедляясь, т.е. вести себя как релятивистские (или «дираковские») частицы с нулевой массой покоя. Ранее этот факт был задействован лишь в наноэлектронике и смежных областях. Однако, на сегодняшний день наноэлектроника - далеко не единственная сфера, где графен может решить, казалось бы, нерешаемые вопросы. Неожиданные электрические и механические свойства делают возможным самые экстраординарные применения этого вещества, в частности, в разнообразных электромеханических устройствах; кроме того, графен – один из претендентов на роль кремния в ближайшем будущем компьютерных систем.
Благодаря исследованиям группы из University of Cambridge (Великобритания) и National Center of Scientific Research (Франция), к списку потенциальных применений графена прибавилось еще одно – ультрабыстрый лазер с синхронизацией мод.
Ультрабыстрые лазеры широко применяются в науке и технике; при этом практические задачи требуют разработки все более компактных источников лазерного излучения с настраиваемыми параметрами. На сегодняшний день преобладающая техника – это полупроводниковый лазер с синхронизацией мод (semiconductor saturable absorber mirrors, SESAM), который позволяет производить ультра-короткий импульс излучения при высокой скорости их повторения. Недостаток подобных устройств – сложность и дороговизна их производства, а также ограничения по спектральной полосе, в которой они могут работать.
Новый лазер, предложенный учеными, в качестве синхронизатора мод вместо полупроводника использует графен. Известно, что при создании обычного полупроводникового лазера, пожалуй, ключевым элементом можно назвать широкую запрещенную зону применяемого полупроводника. Однако, графен не обладает этой особенностью. Но компенсировать этот факт позволяют специфические свойства поглощения света (и поведения зарядов, освобожденных в результате поглощения фотонов). В данном случае на первый план выходит принцип Паули, характерный для частиц, подчиняющихся статистике Ферми-Дирака. Этот факт делает возможным явление насыщения, необходимое для генерации когерентного потока.
Стоит отметить, что лазер на основе графена обладает гораздо более широкой спектральной полосой (возможно, наиболее широкой из известных материалов). Он может работать от ультрафиолетовой до глубоко-инфракрасной областей спектра.
Созданный учеными ультрабыстрый лазер полностью функционален. Однако, группа продолжила работу над устройством с целью его усовершенствования. В частности, будет произведена попытка создать подобный прибор на основе оксида графена.
Также по теме:
- Нанотрубки в качестве химических датчиков
- Углеродная нанотрубка – новый инструмент клеточного биолога
Источники: