Войти

Созданы высокочувствительные детекторы фотонов для квантовых компьютеров и других приложений

1785
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
  • 04.04 05:19
  • 8318
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 04.04 03:12
  • 1
О возможном военном конфликте Европы и России.
  • 04.04 02:40
  • 1
Лыткаринский завод" создал микроскоп с улучшенной оптической схемой
  • 04.04 02:32
  • 1
США планируют создание первого «космического авианосца»
  • 04.04 02:04
  • 1
Каллас связывает прекращение конфликта и гарантии безопасности для Украины с военным усилением Киева
  • 03.04 20:40
  • 0
О тонких гранях мира.
  • 03.04 18:45
  • 0
О гонке вооружений в космосе, и позиции сторон.
  • 03.04 15:13
  • 1
США и их сателлиты отклонили проект резолюции РФ в ООН о запрете гонки вооружений в космосе
  • 03.04 15:06
  • 1
США предупредили Европу о негативных последствиях отказа от их оружия
  • 03.04 11:09
  • 14
Тегеран подготовил ракеты для потенциального ответа США - СМИ
  • 03.04 06:05
  • 0
Ответ на "ВКС России получили новые истребители Су-35, но в дальнейшем рост экспорта может сократить внутренние закупки (Military Watch Magazine, США)"
  • 03.04 05:29
  • 0
Ответ на "NI: российский комплекс ПВО С-500 обеспечит России преимущество в СВО"
  • 03.04 05:10
  • 20
Российские системы ПВО: первый опыт реального боевого применения
  • 03.04 04:42
  • 0
Ответ на "Нарышкин: РФ за время СВО улучшила характеристики востребованных вооружений"
  • 03.04 01:09
  • 1
Ростех создал уникальный пресс для гибки деталей фюзеляжа самолета