Автор AZoNano 16 декабря 2020 г. ]

Нелинейное оптическое преобразование – то есть процесс, посредством которого падающий световой луч определенной длины волны превращается в лучи разных длин волн из-за его взаимодействия с материалом, через который он проходит, – актуален для многих существующих и будущих технологий , например, получение изображений, хранение и обработка информации, телекоммуникации, квантовые технологии и другие области.

Идеальный материал для этих применений должен обеспечивать, прежде всего, очень высокую эффективность преобразования, что означает, что значительная часть входящего луча должна быть преобразована в свет с желаемой длиной волны.

Также требуется, чтобы он занимал небольшую площадь (т. Е. Нужно было использовать как можно меньше материала); быть совместимым со стандартной технологией CMOS, используемой в большинстве электронных устройств; и иметь возможность работать при комнатной температуре.

Особенно необходимо оптимальное решение для приложений, в которых падающий свет находится в терагерцовой (ТГц) области электромагнитного спектра. Этот свет не может быть виден человеческим глазом, но он обычно используется для различных приложений, от безопасности в аэропортах до контроля продукции, и может сыграть важную роль в будущих коммуникационных технологиях.

Двумерные материалы очень интересны для преобразования света. Они состоят из одного слоя (или нескольких из них) атомов и, следовательно, имеют почти нулевую толщину (поэтому их называют 2D-материалами).

Эта характеристика обеспечивает небольшой размер занимаемого материала. Кроме того, поскольку они тоньше, чем длина волны света, оптические волны, распространяющиеся в этих материалах, остаются синфазными. Среди них особенно многообещающим является графен, уже хорошо известный материал, состоящий из монослоя атомов углерода, образующих сотовую структуру.

Это связано с тем, что он демонстрирует очень большие коэффициенты нелинейного преобразования, особенно в ТГц диапазоне. С другой стороны, его чрезвычайно уменьшенная толщина влияет на его эффективность преобразования из-за небольшого количества вещества, с которым свет может взаимодействовать.

Чтобы решить эту проблему, авторы решили объединить графен с другой материальной системой, которая усиливает это взаимодействие.

Группа исследователей из Каталонского института нанонауки и нанотехнологий (ICN2, Испания), Центра им. Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR, Германия), Института фотонных наук (ICFO, Испания), Института Макса Планка Polymer Research, Майнц (Германия), Университет Билефельда (Германия) и Технический университет Берлина (TUB, Германия) объединили графен с металлической структурой, которая обеспечивает усиление поля, что привело к гибридному материалу, характеризующемуся очень сильным нелинейным светом. эффективность преобразования.

Как объясняется в научной статье, недавно опубликованной в ACSNano, эта структура (решетчатый графен) излучает исходящий свет на новой длине волны, имеющий интенсивность более чем в 1000 раз выше, чем полученный с использованием только графена.

Д-р Клаас-Ян Тилрой, руководитель группы ICN2 Ultrafast Dynamics in Nanoscale Systems и последний автор статьи объясняет: « Комбинация графена и металлической решетки приводит к высокоэффективному преобразованию терагерцового света, достигая до 1% (в поле) для довольно слабого падающего света. "Доктор Ян-Кристоф Дейнерт, из HZDR, первый автор работы, добавляет: " Этот гибридный материал позволил нам наблюдать свет, который колеблется в три, пять, семь и даже девять раз быстрее падающего света »

Выдающаяся эффективность преобразования этого гибридного материала гарантирует низкое энергопотребление в процессе преобразования, в то время как совместимость графена с технологией CMOS позволяет интегрировать его в устройства, основанные на такой технологии.

В целом, эта решетчато-графеновая структура представляет собой отличный кандидат для коммерчески жизнеспособных приложений, требующих нелинейного преобразования в терагерцовом режиме, интеграции микросхем, работы при комнатной температуре и низкого энергопотребления.

Источник: https://icn2.cat/en/[19459008visible