Углеродные нанотрубки приблизили создание плазмонного интерферометра на чипе
Ученые экспериментально показали, что с помощью одиночных углеродных нанотрубок можно различать закрученность терагерцового излучения. Продемонстрированный эффект может быть использован для разработки терагерцовых плазмонных интерферометров, детекторов и спектрометров на чипе. Такие приборы могут быть востребованы в различных отраслях: от медицины до телекоммуникаций.
Работа опубликована в журнале американского оптического общества OSA Optics Express. Плазменные волны (плазмоны) — это коллективные возбуждения электронов в проводящих материалах либо на границе раздела диэлектрик / металл и в тонких пленках. Область науки и техники, которая занимается изучением плазменных волн и разработкой устройств на их основе, называется плазмоникой.
Главная идея плазмоники — в том, чтобы при помощи объектов, размер которых в сотни и тысячи раз меньше длины волны излучения, управлять энергией этого излучения — усиливать ее, преобразовывать, накапливать и передавать. На основе плазмонных эффектов можно создавать миниатюрные, но при этом энергоэффективные электронные устройства: источники и детекторы электромагнитного излучения, биосенсоры, волноводы, модуляторы и так далее.
Плазменные волны, подобно любым другим видам периодических возбуждений (например таким, как волны на воде или электромагнитные волны), способны интерферировать между собой. Явление интерференции широко применяется в различных областях науки от оптики до квантовой физики.
Если удается создать систему, в которой при помощи изменения какого-то параметра можно контролируемо настраивать интерференцию, то такая физическая система может использоваться для решения прикладных задач. Это связано с тем простым фактом, что по изменению интерференционной картины можно получить информацию об источнике, который ее породил. Подобная ситуация как раз исследуется в описанном эксперименте.
Ученые сделали образцы со следующей конфигурацией: отдельно лежащие углеродные нанотрубки присоединяли к металлической антенне специальной геометрии. Эта структура была положена на оксидированный кремний, и в результате получился полевой транзистор, каналом которого являются отдельные углеродные нанотрубки. Облучая такой образец терагерцовым лазером перпендикулярно поверхности кремния, можно получить сигнал постоянного фотонапряжения, возникающий между рукавами антенны.
В формировании сигнала могут участвовать различные физические механизмы в зависимости от температуры, частоты и мощности излучения, структуры образца и других параметров. В рамках этой работы ученым удалось показать экспериментально и теоретически, что сигнал постоянного фотонапряжения, возникающий в описанном устройстве, несет в себе отпечаток интерференции двух плазменных волн, распространяющихся в углеродных нанотрубках навстречу друг другу. Наблюдение явления стало возможным благодаря особой геометрии антенны и использованию поляризованного по кругу лазерного излучения.
«Сигнал постоянного фотонапряжения сильно различался для право- и лево-поляризованного излучения. В зависимости от того, в каком направлении закручено излучение, плазменные волны интерферируют в нашем устройстве по-разному», — говорит Максим Москотин, один из соавторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ.
Примерно год назад эта же группа продемонстрировала аналогичный эффект в графене. «Мы решили проверить, будет ли работать этот эффект в углеродных нанотрубках, потому что теоретические оценки показали, что время релаксации электронного импульса в трубках в 10 раз больше, чем в графене, — соответственно, коллективные электронные возбуждения должны затухать в них медленнее», — комментирует Георгий Федоров, заместитель заведующего лабораторией наноуглеродных материалов МФТИ.
Авторам удалось не только продемонстрировать экспериментальный эффект, но и разработать теорию, которая этот эффект описывает. Главным выводом теории является тот факт, что вклад от интерференции плазменных волн будет присутствовать в сигнале постоянного фотоотклика на закрученное терагерцовое излучение независимо от размерности физической системы, в которой происходит интерференция, и спектра электронов в ней. Этот фундаментальный результат открывает широкое поле для дальнейших экспериментальных исследований и разработки прикладных устройств.
Терагерцовое излучение — это перспективный участок электромагнитного спектра, который активно исследуется в последние десятилетия. Характерная длина волны этого излучения делает его уникальным инструментом для неинвазивной медицинской диагностики, исследований космоса, систем безопасности и контроля на производствах.
Следует отдельно отметить, что развитие телекоммуникаций, которое требует все более высоких скоростей передачи данных, уже привело новый стандарт связи 5G практически в область терагерцовых частот. Видимо, следующий стандарт (6G) будет использовать терагерцовые либо субтерагерцовые частоты для передачи информации.
Экспериментальный образец был изготовлен сотрудниками лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ на базе ЦКП МФТИ. Экспериментальная часть выполнена на базе университета Регенсбурга (Германия). Теоретическая модель, описывающая работу устройства, предложена физиками из ФТИ имени А. Ф. Иоффе. Работа выполнена при поддержке РФФИ, РНФ и Министерства образования и науки РФ.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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