Графен помог физикам смешать фотоны

Физики создали преобразователь света на основе графена. Статья ученых появилась в Nature Photonics

Основой для нового устройства стал фотонный кристалл. Этим термином в физике называется среда, которая характеризуется периодическим изменением показателя преломления. Такую среду можно получить, например, взяв «мозаику» из разных наночастиц. В новой работе, однако, кристалл представлял собой решетку из кремния с цилиндрическими отверстиями диаметром 124 нанометра. Поверх решетки ученые разместили графеновую пленку.

• Как оказалось, полученная система позволяет преобразовывать электромагнитное излучение, затрачивая при этом меньше электроэнергии, чем более крупные аналоги. Например, облучая решетку лазером, ученые обнаружили, что устройство испускает электромагнитные волны. Свойствами излучения при этом можно управлять, меняя интенсивность луча и длину волны.

Кроме этого ученым удалось продемонстрировать потенциал нового устройства для работы исключительно в оптическом диапазоне. «Нам удалось зарегистрировать перемешивание электромагнитных волн в нашем устройстве. В результате такого нелинейного перемешивания возникали новые частоты, причем тратилось на это много меньше энергии, чем обычно», – приводятся слова одного из авторов работы Чи Вонга в пресс-релизе Колумбийского университета.

• Ученые говорят, что новое устройство может стать основой для создания полностью оптических компьютеров – вычислительных систем, в которых все процессы будут выполняться при помощи фотонов. В настоящее время, например, для передачи информации на большие расстояния используются оптические кабели, переносчиком информации в которых являются фотоны. Внутри же компьютеров вычисления производятся при помощи электрических токов. Переход на фотоны позволит не только ускорить работу компьютеров, но и сэкономить энергию, которая в настоящее время тратится на преобразование одного вида сигналов в другой.

Графен представляет собой двумерный слой углерода, атомы которого располагаются в вершинах гексагональной сетки. Материал был впервые получен Константином Новоселовым и Андреем Геймом. Для работы исследователи, получившие позже за свое открытие Нобелевскую премию, использовали обыкновенный скотч – им они отделяли от графита верхние слои, получая графен.

http://www.lenta.ru/…16/graphene/

Физики создали сверхэкономичный преобразователь света на базе графена

МОСКВА, 15 июл – Американские и сингапурские физики создали экспериментальный прототип устройства на основе графена, способного манипулировать свойствами света, в том числе превращать его в микроволновое излучение, и при этом потреблять в 50 раз меньше энергии, чем его кремниевые аналоги, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics

«Демонстрация экономности нашего графен-кремниевого фотонного чипа является важным шагом на пути создания полностью оптических электронных приборов, необходимых для улучшения скорости и эффективности обмена данными. И к тому же, нам было крайне интересно изучить "магические» свойства графена – его уникальную электропроводность и то, как графен может усилить оптическую нелинейность – свойство материала, необходимое для создания оптических «переключателей» и цифровой памяти", – пояснил Тин-и Гу (Tingyi Gu) из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США).

Гу и его коллеги изучали оптические свойства тонких пленок графена, соединенных с фотонными кристаллами из кремния.

• Фотонный кристалл представляет собой мозаику из множества наночастиц с разными оптическими свойствами. Такая конструкция превращает его в среду с избирательной оптической проводимостью – волны света определенной длины свободно в нем распространяются, тогда как другие отражаются. Физики используют такие кристаллы для «складывания» отдельных фотонов, их усиления и превращения видимого света в другие виды электромагнитного излучения.

Авторы статьи изготовили фотонный кристалл из кремния – плоскую решетку из кремния, испещренную большим количеством цилиндрических отверстий диаметром в 124 нанометра. Как объясняют ученые, такая конструкция кристалла позволяет ему «складывать» четыре фотона инфракрасного излучения с длиной волны в 1,5 микрометра. Такие волны используются для передачи информации в волоконно-оптической связи.

• Затем физики наклеили на кристалл пленку из графена с большим количеством «дефектов» – чужеродных атомов – и осветили устройство при помощи инфракрасного лазера. Оказалось, что такая конструкция меняет свои свойства, в том числе силу испускаемого излучения и параметры преобразования света, в зависимости от интенсивности и длины волны лазера.

Как утверждают Гу и его коллеги, это позволяет гибко управлять свойствами фотонного кристалла и использовать его для создания сложных опто-электронных приборов. Кроме того, графеново-кремниевый «фотонный чип» потребляет примерно в 50 раз меньше энергии входящего излучения на преобразование света по сравнению с лучшими кремниевыми приборами такого рода.

• По словам ученых, их изобретение поможет улучшить скорость передачи информации уже в ближайшее время, а в перспективе результаты исследования могут быть использованы при создании оптических вычислительных устройств.

http://www.ria.ru/…0363197.html