Войти

Созданы высокочувствительные детекторы фотонов для квантовых компьютеров и других приложений

1897
0
+1
Руководитель проекта Иван Бобринецкий.
Руководитель проекта Иван Бобринецкий. Фото из личного архива.
Источник изображения: Фото из личного архива

При помощи лазерной обработки российские ученые вместе с европейскими коллегами изготовили высокочувствительные детекторы фотонов. В основе технологии лежит управление свойствами углеродных нанотрубок.

Одностенные углеродные нанотрубки состоят из свернутых в цилиндры листов графена, который построен из шестигранных углеродных "сот". Электроны в структуре нанотрубки двигаются необычно. Эти отрицательно заряженные частицы "прыгают" с одного места на другое, а там, откуда они уходят, остаются положительно заряженные "дырки". Поскольку электрический ток - направленное движение электронов, проводимость таких материалов можно регулировать. Это позволяет создавать на основе углеродных нанотрубок высокочувствительные сенсоры, транзисторы, наноантенны, светодиоды и другие устройства. К ним относятся и фотодетекторы, преобразующие оптический сигнал в электрический.

"Фотодетекторы - это широкий класс приборов, которые используются в разных сферах: от простых видеокамер фиксации нарушений на дорогах и до систем обработки информации в оптических интегральных схемах, - пояснил руководитель проекта по гранту РНФ Иван Бобринецкий, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Национального исследовательского университета "МИЭТ". - Если эти элементы сделать миниатюрнее, то больше поместится в матрицы фото- и видеокамер, что улучшит их разрешение. Также на основе уменьшенных фотодетекторов можно проводить исследования химических и биологических процессов, сопровождающихся спонтанным оптическим излучением, и разрабатывать новые вычислительные устройства на основе квантовых компьютеров".

Часто ученые добавляют к конструкции нанотрубки дополнительные молекулы или покрытия, чтобы настроить характеристики материала "под заказ". Но при использовании традиционных методов (метод вытягивания, электрофорез, метод контактной и переносной печати и другие) в графеновый лист попадают примеси и образуются дефекты, ухудшающие свойства материала. Из-за этого поверхность графенового листа может потерять свои изгибы, а углеродные "соты" - форму, поэтому движение электронов в них будет не таким упорядоченным. Чтобы решить эту проблему, физики предложили модифицировать структуру одностенных углеродных нанотрубок, используя нелинейные эффекты в излучении фемтосекундного лазера (1 фемтосекунда - одна миллионная одной миллиардной секунды).

Ученым удалось создать одномерную гетероструктуру, соединив в одиночной нанотрубке две части с разными электрическими характеристиками. У одной части проводимость почти как у металла, другая имеет свойства полупроводника: ее проводимость зависит от оптического излучения. На стыке этих частей образуется аналог p-n-перехода: электроны стремятся от "металлической" части, где их больше, в другую половину, где преобладают "дырки". Проводимость полученной конструкции изменяется под действием света. На этом и основана работа фотодетектора: уловив оптическое излучение (свет), нанотрубка превратит его в электрическое.

Обработка фемтосекундным лазером оказалась быстрым, простым и эффективным методом, меняющим проводимость нанотрубки и ее реакцию на свет. Фотодетектор, разработанный учеными, способен засечь одиночный импульс длительностью 300 фемтосекунд и мощностью всего лишь 0,2 мВт/см2. Это соответствует мощностям оптических волоконных систем, которые применяются в телекоммуникации.

"Фотодетектор на основе одной нанотрубки обеспечивает высокую чувствительность к видимому оптическому излучению в сочетании с высоким быстродействием, - рассказал Иван Бобринецкий. - Данная технология нанофотоники открывает новые возможности использования оптических методов при создании элементов наноразмерных оптоэлектронных устройств. Более того, предложенная оптическая технология формирования детекторов позволяет управлять свойствами в процессе создания, подстраивая функциональные характеристики под заданные параметры, чего лишен традиционный подход к производству современных интегральных микросхем".

Кроме МИЭТ, работы по проекту проводились в Сколковском институте науки и технологий, Физическом институте имени П. Н. Лебедева РАН, Московском физико-техническом институте, Московском государственном педагогическом университете, Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова, Центре применения лазеров AIMEN (Испания), Университете Аальто (Финляндия) и Нови-Садском университете (Сербия).

Новые детекторы помогут в разработке квантовых компьютеров, камер с высоким разрешением, более эффективных интегральных микросхем и других устройств. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ), а статья о ее результатах опубликована в журнале Advanced Electronic Materials.

Пресс-служба Российского научного фонда


Трехмерная модель гетероперехода в нанотрубке, сформированного фемтосекундным лазером. Источник: Иван Бобринецкий/МИЭТ

Права на данный материал принадлежат RusNanoNet.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 19.07 02:59
  • 8626
Минобороны: Все авиаудары в Сирии пришлись по позициям боевиков
  • 19.07 02:39
  • 9672
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 18.07 23:13
  • 0
Ответ на "TNI: Отказ ВВС США от штурмовиков A-10 — это ужасная ошибка"
  • 18.07 21:30
  • 0
Ответ на "США теперь открыто стремятся окружить Россию через так называемый Зангезурский коридор (infoBRICS, Китай)"
  • 18.07 20:42
  • 482
Израиль усиливает меры безопасности в связи с опасениями ударов со стороны Ирана
  • 18.07 20:28
  • 0
Ответ на "НАТО пригрозило стереть с лица земли Калининградскую область"
  • 18.07 19:59
  • 0
Ответ на " На Западе ответили на вопрос «Могут ли бомбардировщики B-2 ударить по России?»"
  • 18.07 16:45
  • 0
Амбициозная Польша
  • 18.07 14:13
  • 0
Борьба за космос
  • 18.07 13:33
  • 23
ChatGPT-4 и нейросети (ИИ) спешат на помощь ГШ ВС РФ и Российской армии
  • 18.07 11:29
  • 1
Одни из последних украинских ЗРК С-300 уничтожены ударом "Искандера" (Military Watch Magazine, США)
  • 18.07 11:22
  • 13
"Вампиры" против "Гераней" на Украине
  • 18.07 10:56
  • 1
Запрос Киева к США на «сухопутные» Tomahawk связан с его планами по альтернативе новому контрнаступлению ВСУ
  • 18.07 05:24
  • 1
Северная Корея разработала для пушек и гаубиц снаряды, бьющие на 40 км
  • 18.07 05:09
  • 1
«Ростех» рассказал о малозаметных ракетах «Панциря»