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 Качественное дошкольное образование закладывает прочный фундамент успехов на долгие годы вперёд — вплоть до выпускного класса. Двадцатилетнее исследование показало, что дети, которые в возрасте четырех лет перед поступлением в школу посещали бесплатные государственные подготовительные классы, учатся существенно лучше сверстников, посещавших обычные детские сады с упором на простой присмотр или оставшихся на домашнем воспитании.
Молодая женщина, возвращения которой из мертвых местное общество, по-видимому, сильно опасалось, имела скандинавские корни и поэтому могла считаться чужестранкой, предположили авторы нового исследования. Ученые также смогли установить много других интересных подробностей о жизни и смерти девушки.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Со стороны профессия летчика-испытателя часто выглядит как череда опасных полетов, требующих бесстрашия и способности мгновенно импровизировать. В действительности ее основу составляют методика, дисциплина, технические знания и умение честно рассказать о каждой особенности машины. Его задача — не просто поднять самолет в воздух, но и понять, насколько точно он выполняет команды, предсказуемо ли ведет себя на сложных режимах и какие изменения необходимо внести в конструкцию или систему управления.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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