Войти

Созданы высокочувствительные детекторы фотонов для квантовых компьютеров и других приложений

1517
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
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Похожие новости
05.08.2008
Припасть к "стволам". В самых разных странах мира заспорили о том, надо ли гражданам вооружаться
15.05.2008
Рособоронэкспорт впервые участвует на выставке "техника" в Белграде
14.02.2008
Большие проблемы малой авиации
03.07.2007
Подводных лодок в магазине нет
29.06.2007
Демонстрация главного калибра. Международный военно-морской салон открылся в Петербурге
29.06.2007
МВМС-2007: Россия оснастит испанские корабли для третьих стран
28.06.2007
В Петербурге начинает работу третий международный военно-морской салон
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 18.04 02:38
  • 1
Названа особенность украинских «шаров-террористов»
  • 18.04 02:22
  • 85
Израиль усиливает меры безопасности в связи с опасениями ударов со стороны Ирана
  • 18.04 02:04
  • 878
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 18.04 01:17
  • 1
Совфед одобрил закон о доступе федерального казначейства к системе гособоронзаказа
  • 17.04 21:15
  • 2700
Как насчёт юмористического раздела?
  • 17.04 17:06
  • 39
Роботы Boston Dynamics научились паркуру: видео впечатляет!
  • 17.04 16:09
  • 208
МО РФ: точность РСЗО "Торнадо-С" при использовании современных боеприпасов достигает 100%
  • 17.04 16:04
  • 73
Членство в НАТО в обмен на территорию. Зачем Армения проводит военные учения с США
  • 17.04 15:21
  • 1
ВМС США развертывают наземную подвижную пусковую установку ракет SM-6
  • 17.04 15:18
  • 0
«Коалиция бронетанковых возможностей» – это ползучая интервенция НАТО
  • 17.04 09:13
  • 2
Почему Израилю нужна полномасштабная война на Ближнем Востоке
  • 17.04 02:42
  • 1
Алаудинова назначили замглавы ГУ по военно-политической работе Минобороны
  • 16.04 22:51
  • 0
Об Украине и Израиле. Не-элитный взгляд из США.
  • 16.04 17:33
  • 115
Конкурента российского Су-75 из Южной Кореи впервые представили на выставке
  • 16.04 15:22
  • 2
Ответ на пост Razgon'а (важные IMHO вопросы)