научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

"ТЕРАГЕРЦЕВАЯ" НИЧЬЯ

Физики из МФТИ вместе с британскими и российскими коллегами выяснили, какие физические механизмы отвечают за возникновение фототока в графене под действием терагерцевого излучения, сообщает scientificrussia.ru. 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 - создает 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 НОВОСЕЛОВ экспериментально изучили поведение электронов в плоских "сотах" из атома 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 "тянут" его в разные стороны. Особенно остро стоял этот вопрос для фототока, вызванного терагерцовым 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 (субтерагерцевый 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, зажатый между диэлектрическими слоями нитрида бора и электрически подключенный 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 - фототермоэлектрический эффект - происходит из-за разности температур контакта, присоединенного 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 определенной полярности. Третий, наиболее интересный эффект, называется плазмонным выпрямлением. Можно считать, что контакт, присоединенный 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.

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 211 раз
Оцените материал
(0 голосов)

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх