Графеновый фотодетектор различил «секретную» информацию в световых волнах
Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ разработали фотодетектор, способный различать информацию о поляризационном состоянии световой волны. Эта информация дополняет знания о цвете и яркости, недоступна человеческому глазу и многим современным фотоприемникам, однако может быть важна для оптоволоконных линий связи нового поколения.
Результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters. Человеку привычны две характеристики света — цвет и яркость, однако есть и скрытые от глаза свойства излучения. Одним из таких является поляризация световой волны, или, проще говоря, ее ориентация в пространстве. Тем не менее поляризацию можно легко увидеть глазом, «вооруженным» поляризационными очками. Смотря через них на небо или на поверхность воды, можно наблюдать изменение яркости картинки при вращении очков.
В эпоху цифровых технологий и больших объемов информации важной задачей является уплотнение данных. Представьте, что вам нужно записать текст объемом в три страницы, а у вас есть только одна страница бумаги. Заполнив ее полностью, можно взять ручку другого цвета и писать ей поверх уже написанного текста, а потом — повернуть страницу горизонтально и записать оставшуюся часть. Конечно же, человеку читать такой текст будет сложно, но запрограммированный нужным образом компьютер с легкостью извлечет такую информацию.
В действительности при передаче данных по оптоволокну другой цвет чернил соответствует другой длине волны излучения, а повернутый текст соответствует повернутой поляризации. Такие ухищрения как раз и позволяют одновременно задействовать несколько параллельных информационных каналов. Передача сигналов, зашифрованных в поляризации, распространена не так широко, но иногда бывает незаменима. Например, она используется спутниками для передачи данных. А иногда скрытая в поляризации информация может и вовсе быть уникальной, как, например, поляризация космического излучения. Расшифровка таких данных позволяет получить новые научные знания в задачах астрофизики.
Одна из сложностей передачи информации по поляризационному каналу состоит в ее последующем извлечении. Так как поляризация характеризует излучение с точки зрения его положения в пространстве, то для ее считывания нужны детекторы с некоторыми выделенными направлениями. Простейшие реализации используют детекторы с вращающимся поляризатором. Однако наличие механической составляющей автоматически ограничивает такой детектор в скорости работы. Для решения данной проблемы современные конструкции используют анизотропные переключаемые материалы.
В представленной работе авторы обнаружили анизотропию в детекторе на переходе «графен — металл». Этот переход регулируется поперечным электрическим полем. С двух сторон к графену, лежащему на подложке, подключены золотые контакты. Детектирующими элементами в данном случае являются переходы «графен — металл». В конструкции есть и третий контакт — затвор. Он соединен с кремниевой подложкой, на которой расположен детектор, отделенный от кремния тонким слоем оксида.
Затвор используется в качестве управляющего элемента, подача напряжения на который образует электрическое поле, которое, в свою очередь, позволяет регулировать электронные свойства графена. Именно такая электрическая регулировка позволяет значительно повысить скорость работы детектора по сравнению с механическими вариантами. Кроме того, управляющее затворное напряжение не создает дополнительных шумов, так как оно не подается напрямую между двумя контактами к графену.
Валентин Сёмкин, аспирант МФТИ, рассказывает: «Мы обнаружили две удивительные особенности в функционировании детектора. Первое: излучение, поляризованное перпендикулярно границе “графен — металл”, испытывает значительное усиление. Второе: существуют напряжения на затворе, при которых сигнал детектора не зависит от поляризации». Природу усиления электрического поля можно объяснить усилением полей вблизи острых поверхностей, подобно огням святого Эльма, возникающим во время грозы. А наличие нечувствительного к поляризации режима работы детектора является следствием конкуренции нескольких механизмов генерации фотонапряжения.
Как уже стало ясно, графен-металлический переход способен не просто генерировать напряжение в ответ на его освещение, а еще и масштабировать величину этого напряжения в зависимости от поляризации возмущающего излучения. Однако к масштабированию также может привести обыкновенное увеличение интенсивности источника. Как же в таком случае понять, что привело к изменению сигнала: изменение интенсивности или поворот поляризации излучения?
Решить эту задачу авторам помогла одна из особенностей отклика. Устанавливая на затворе такое «калибровочное» напряжение, при котором реализуется поляризационно-нечувствительный режим, всегда можно выполнить нормировку на интенсивность источника. После этого возможно уже однозначно определить ориентацию в пространстве регистрируемых электромагнитных волн.
«Исследованные нами детекторы смогут найти применение в научных задачах спектроскопии, в скоростных оптоволоконных линиях связи, а также в фото- и видеокамерах с возможностью записи “поляризованных” изображений, — резюмирует Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ. — Но наиболее важным результатом я считаю идею о том, что контакты металла и двумерного полупроводника сильно меняют состояние световой волны и мы можем управлять этими изменениями. Сейчас мы развиваем эту идею для создания принципиально новых классов фотодетекторов, возможности которых не ограничены чтением поляризации».
Telegram 
Дзен 
VK Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
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.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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