Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые создали фотодетекторы, работающие без батареек
Специалисты МФТИ совместно с индустриальным партнером, АО «Сканда Рус», разработали оригинальный подход к проектированию инфракрасных фотодетекторов, работающих без электрического питания. В основе подхода лежит асимметричный металлический узор с заострениями, размещаемый на поверхности фоточувствительного материала — графена.
В работе, опубликованной в журнале Advanced Optical Materials, показано как форма узора кардинально изменяет характер отклика детектора на свет с различной поляризацией. Это позволяет придавать дополнительную функциональность устройству: оно может откликаться на свет лишь с одной поляризацией, или даже одновременно распознавать интенсивность и поляризацию света. Это свойство открывает перспективы для создания компактных инфракрасных камер, систем связи и датчиков нового поколения.
Современные инфракрасные детекторы имеют ряд ограничений: низкую чувствительность, необходимость охлаждения или сложность масштабируемого производства. Особенно остро стоит проблема детектирования слабых сигналов в среднем ИК-диапазоне, где традиционные полупроводниковые материалы часто неэффективны либо требуют криогенных температур. Графен, обладающий высокой подвижностью носителей и широким спектральным откликом, мог бы стать идеальным решением.
Однако низкое поглощение света монослоем графена затрудняет создание чувствительных детекторов. Кроме того, нетривиальной для двумерных материалов задачей является реализация базового блока для улавливания света — p-n перехода. В новой работе ученые из МФТИ преодолели эти ограничения, разместив на графене металлический рисунок с острыми клиньями. Такой рисунок одновременно усиливает поглощение света в графене и формирует фоточувствительный контакт Шоттки вдоль своего периметра (Рисунок 1).
Рисунок 1. (a) Схематичное изображение принципа работы АСМП детекторов: усиление электрического поля с последующим нагревом электронов вблизи заостренных вершин АСМП приводит к возникновению термоэлектрического фототока — движения электронов от горячего края к холодному (b), (c) Варианты метаповерхностей с различной функциональностью: АСМП типа «пила» (b) и АСМП типа «ковер» (c) / © Валентин Семкин и др., Advanced Optical Materials
Металлический рисунок, наносимый на графен, называется «асимметричной сингулярной метаповерхностью» (АСМП). Метаповерхности, в самом общем смысле — это тонкие искусственные структуры, изменяющие свойства падающего на них излучения. Асимметрия метаповерхности задает направление движения для электронов, возбужденных светом. Это является ключевым для наблюдения фототока без внешних источников. Наконец, сингулярность в названии метаповерхности отражает гигантское усиление интенсивности электромагнитного поля вблизи острия металла. Аналогичное усиление поля возникает у острия громоотвода во время грозы. Проведенное моделирование подтвердило, что разогретые излучением носители заряда эффективно собираются именно с острых краев, что объясняет высокую чувствительность устройства.
Так, метаповерхность в форме «пила» (Рисунок 1b) делает детектор высокочувствительным к одной поляризации света и практически нечувствительным к перпендикулярной поляризации — сигналы отличаются более чем в 200 раз! (Рисунок 2) Другая форма метаповерхности — ковер из треугольных «елочек» (Рисунок 1c) — показала другую примечательную функциональность. Здесь направление фототока зависело как от поляризации света, так и от управляющего напряжения, которое подавалось на подложку устройства. Было установлено, что подобная гибкость характеристик позволяет распознавать одновременно интенсивность и направление поляризации регистрируемого света. Эта возможность достаточно уникальна и не присуща большинству современных фотодетекторов, которым для распознавания поляризации света требуется внешний поляризатор.
«Ключевым элементом в наших устройствах является клиновидное металлическое заострение поверх двумерного материала, — объясняет один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ, научный сотрудник АО «Сканда Рус» Кирилл Капралов. — При освещении заострение многократно усиливает интенсивность излучения вблизи вершины. Далее происходит конвертация излучения в нагрев электронов в малой чувствительной области около вершины клина. А затем горячие электроны движутся в сторону противоположного холодного контакта и собираются им. То есть клин сначала как бы «фокусирует» излучение в нужной области устройства, а после этого задает носителям преимущественное направление движения, создавая тем самым фототок».
Разработанная технология совместима с массовым производством и может быть адаптирована для других 2D-материалов. В будущем такие детекторы могут найти применение в системах тепловидения и оптической связи, в том числе компактных и энергоэффективных. Дальнейшая оптимизация, включая использование других подложек и материалов, позволит еще больше повысить чувствительность и расширить спектральный диапазон устройств.
Работа выполнена при финансовой поддержке индустриального партнера АО «Сканда Рус» в рамках проекта «Разработка и освоение технологии изготовления графеновых наноматериалов для применения в оптико-электронных компонентах» Минпромторга России и при поддержке Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK На полотне, которое многие католики и православные почитают как погребальный саван Иисуса Христа, ученые нашли генетический материал множества биологических видов — людей, животных, а также растений, завезенных в Европу из Америки. Результаты исследования не прояснили, а лишь умножили число вопросов вокруг происхождения одного из самых спорных христианских артефактов.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Связь разных культур всего мира иногда находится в самых неожиданных инструментах, в том числе в языке. Новое исследование впервые показало такую связь количественно.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно