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高灵敏度光子探测器已被开发用于量子计算机和其他应用

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图像源: Фото из личного архива

随着激光治疗由俄罗斯科学家与我们的欧洲同事的帮助下已经产生了高度敏感的光子探测器。 该技术是基于碳纳米管的性质的控制。

单壁碳纳米管 由石墨烯的卷起片,这是从六角形碳"蜂窝"构造的。 纳米管结构中的电子以一种不寻常的方式移动。 这些带负电荷的粒子"跳"从一个地方到另一个地方,并在那里他们离开,有带正电荷的"孔"。 由于电流是电子的定向运动,因此可以调节这种材料的电导率。 这使得可以创建高灵敏度的传感器,晶体管,nanoantennas,Led和基于碳纳米管的其他设备。 其中包括将光信号转换为电信号的光电探测器。

RNF项目经理解释说:"光电探测器是广泛应用于各个领域的设备:从用于记录道路违规行为的简单摄像机到光学集成电路中的信息处理系统Ivan Bobrinetsky,技术科学博士,国家研究大学"MIET"首席研究员。 -如果这些元素变得更小,那么更多的将适合照片和摄像机的矩阵,这将提高它们的分辨率。 此外,在减少光电探测器的基础上,可以对伴随自发光辐射的化学和生物过程进行研究,并开发基于量子计算机的新计算设备。"

通常,科学家补充说 另外的分子或涂层的纳米管的设计,以自定义材料的特性"订购"。 但是,当使用传统方法(拉伸法,电泳法,接触法和便携式印刷法等)时,杂质进入石墨烯片,形成缺陷,使材料的性能恶化。 正因为如此,石墨烯片的表面可能会失去它的曲线,和碳"蜂窝"-的形状,所以电子在其中的运动不会那么有序。 为了解决这个问题,物理学家提出使用飞秒激光(1飞秒是十亿分之一秒)的辐射非线性效应来修改单壁碳纳米管的结构。

科学家们设法创造了 一维异质结构通过在单个纳米管中结合具有不同电特性的两个部分。 其中一部分具有与金属几乎相同的电导率,另一部分具有半导体的特性:其电导率取决于光辐射。 在这些部分的结处,形成p-n结的模拟:电子倾向于从"金属"部分(其中有更多的部分)到另一半,其中"空穴"占主导地位。 所得结构的电导率在光的影响下发生变化。 这是光电探测器工作的基础:捕捉光辐射(光),纳米管将其变成电。

飞秒激光加工已被证明是一种快速、简单、高效的方法,可以改变纳米管的电导率及其对光的响应。 科学家开发的光电探测器能够检测到持续时间为300飞秒的单个脉冲,功率仅为0.2MW/cm2。 这与电信中使用的光纤系统的功率相对应。

他说:"基于单个纳米管的光电探测器对可见光辐射具有高灵敏度和高速度。"Bobrynets'kyi Ivan. -纳米光电子学的这项技术开辟了新的机会,在创建纳米级光电子器件的元件中使用光学方法。 此外,所提出的用于形成探测器的光学技术允许您在创建过程中控制属性,将功能特性调整到指定的参数,这不是生产现代集成电路的传统方法。"

除了MET之外,该项目还在斯科尔科沃科学和技术研究所、俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所、莫斯科物理和技术研究所、莫斯科国立师范大学、莫斯科国立罗蒙诺索夫大学、艾门激光应用中心(西班牙)、阿尔托大学(芬兰)和诺维萨德大学(塞尔维亚)开展。

新的探测器将有助于开发 量子计算机,高分辨率相机,更高效的集成电路,和其他设备。 这项工作得到了俄罗斯科学基金会(RNF)的资助,并在期刊上发表了一篇关于其结果的文章 先进的电子材料.

俄罗斯科学基金会新闻服务


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一种由飞秒激光形成的纳米管异质结的三维模型。 来源:伊万Bobrinetsky/MIET

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