Из графена сделали сверхбыстрый источник света

Одним из ключевых элементов будущих оптических коммуникаций должны стать наноразмерные источники, способные испускать сверхбыстрые импульсы света. В свежей работе, опубликованной в журнале Nano Letters, учёные показали, что такой источник можно создать на основе графена. Длительность излучённых им импульсов составила всего 0,1 наносекунду (1 наносекунда = 10¯⁹ c = 1 миллиардная секунды).

© Kim et al. // American Chemical Society
© Kim et al. // American Chemical Society

Графен обладает целым набором свойств, которые делают его привлекательным кандидатом на роль источника сверхбыстрых импульсов света. Главными из них являются высокая термическая стабильность и малая теплоёмкость. Ранее уже получали из графена импульсы инфракрасного и видимого диапазонов, но импульсы получались слишком длинными для практического применения. Для быстрого включения-выключения графена учёным пришлось разработать специальное устройство по отводу от него выделяемого в процессе излучения тепла.

Для этого графен заключили в шестиугольный нитрид бора hBN и показали, что в этом случае графен может достичь температуры достаточной для излучения света в видимом и инфракрасном диапазонах с хорошей стабильностью (время работы такого устройства оценивается в 4 года) и быстрым охлаждением. Длительность импульсов в результате удалось снизить до 90 пикосекунд (1 пикосекунда = 1/1000 наносекунды = 1 триллионная секунды). Кроме того, частота модуляции импульсов (то есть частота, с которой они испускались) на много порядков превышала традиционные тепловые источники света.

Учёные также выяснили, что высокая скорость излучения импульсов объясняется существованием в типов фононов — квантов возбуждения атомной решётки. В графене существуют оптические и акустические фононы, причём электроны сильно взаимодействуют с первыми и слабо — со вторыми. Кроме того электроны и оптические фононы на границе графен-hBN образуют гибридные состояния, которые называются плазмон-фононными поляритонами, — именно они обеспечивают сверхбыстрый отвод тепла.

Потенциально, по мнению учёных, сверхбыстрые графеновые излучатели способны работать на частотах выше 100 ГГц, что позволит значительно увеличить скорость оптической передачи данных. На их основе можно будет создать сверхмалые спектрографы, фотодетекторы и плазмонные устройства.

Читайте больше статей на сайте physh.ru!