Войти

Созданы высокочувствительные детекторы фотонов для квантовых компьютеров и других приложений

1963
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
  • 07.09 02:19
  • 10422
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 06.09 20:06
  • 45
МС-21 готовится к первому полету
  • 06.09 17:15
  • 35
ChatGPT-4 и нейросети (ИИ) спешат на помощь ГШ ВС РФ и Российской армии
  • 06.09 16:27
  • 63
Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
  • 06.09 14:52
  • 171
Путин и отношения с Азербайджаном: фокус на Южном Кавказе (Al Mayadeen, Ливан)
  • 06.09 08:25
  • 1
Об опыте СВО применительно к тактической авиации и ПВО
  • 06.09 03:05
  • 0
Об опыте применительно к СВО
  • 05.09 21:23
  • 0
Об опыте СВО применительно к бронетехнике. В первую очередь - к танкам.
  • 05.09 06:47
  • 0
Комментарий к "На фоне взятого Китаем курса на новый миропорядок сравним военную мощь НАТО с силами Пекина, Москвы и Пхеньяна (Daily Mail, Великобритания)"
  • 05.09 01:43
  • 0
Комментарий к "В России восхитились созданной с учетом опыта СВО китайской «Арматой»"
  • 05.09 01:11
  • 0
Комментарий к "Генерал США пригрозил России, Китаю и КНДР «выламыванием дверей»"
  • 05.09 00:14
  • 0
Комментарий к "Эксперт Степанов: показанная в КНР МБР "Восточный ветер" стала маркером перемен"
  • 04.09 22:13
  • 0
Комментарий к "Разбираем российскую стратегию Трампа (The National Interest, США)"
  • 04.09 20:29
  • 0
Комментарий к "Ультранацисты против мира: «Азов»* захватил власть на Украине"
  • 04.09 15:46
  • 16
Терпение Мишустина лопнуло? Авиапрому прислали доктора – Германа Грефа