Połączyli grafen z azotkiem boru i kontrolują światło
Dodane przez romek_xx dnia 21.05.2015 20:11:56

Naukowcy z MIT-u połączyli właściwości dwóch dwuwymiarowych materiałów, co pozwoliło im na niezwykle precyzyjne kontrolowanie fali światła. Ich prace mogą znaleźć zastosowanie w nowych systemach wykrywania za pomocą światła, zarządzania energią oraz w urządzeniach do obrazowania o wysokiej rozdzielności.


Treśœć rozszerzona

Amerykańscy uczeni wykorzystali dwuwymiarową warstwę grafenu umieszczoną na dwuwymiarowej warstwie heksagonalnego azotku boru (hBN). Prace były prowadzone przez profesora Nicholasa Fanga i jego studenta Anshumana Kumara we współpracy ze specjalistami z IBM-a, politechniki w Hongkongu oraz University of Minnesota.

Oba wspomniane materiały są podobne, gdyż atomy tworzą w nich heksagonalne wzory, oba są strukturami o grubości jednego atomu. Jednak oba w inny sposób oddziałują na światło. Okazało się jednak, że oddziaływania te się uzupełniają, pozwalając na kontrolowanie światła.

Gdy do warstwy grafenu w takim hybrydowym materiale przyłożymy odpowiednie napięcie, światło jest blokowane. Jednak po przyłożeniu innego napięcia ma miejsce szczególny rodzaj rozprzestrzeniania się światła zwany hiperbolicznością. Wcześniej tego zjawiska nie udawało się uzyskać w systemach optycznych. A jedną z jego konsekwencji jest silna interakcja pomiędzy cienkim materiałem a światłem, co daje wysoki stopień kontroli nad światłem. To pozwala na wysyłanie i odbieranie sygnałów świetlnych na bardzo ograniczonej przestrzeni i może prowadzić do opracowania unikatowych materiałów optycznych służących do optycznej komunikacji - mówi profesor Fang.

Gdy światło wchodzi w interakcję z grafenem pojawiają się plazmowy, podczas interakcji z hBN mamy do czynienia z fononami. Gdy oba materiały odpowiednio połączymy plazmony i fonony tworzą pary i silnie ze sobą rezonują. Grafen umożliwia precyzyjne kontrolowanie światła, a hBN pozwala na umieszczenie go na bardzo małej przestrzeni i kierowanie nim. Wskutek połączenia tych dwóch materiałów powstaje unikatowy system, który pozwala na manipulowanie procesami optycznymi - wyjaśnia Phaedon Avouris z IBM-a. Dzięki temu systemowi można np. zdecydować, jakiej długości fale i w jakich kierunkach mogą się rozprzestrzeniać. Możemy selektywnie wybierać częstotliwości i je przepuszczać, a inne blokować - mówi Kumar.

Profesor Fang uważa, że dzięki nowemu materiałowi możliwe będzie stworzenie falowod

Naukowcy z MIT-u połączyli właściwości dwóch dwuwymiarowych materiałów, co pozwoliło im na niezwykle precyzyjne kontrolowanie fali światła. Ich prace mogą znaleźć zastosowanie w nowych systemach wykrywania za pomocą światła, zarządzania energią oraz w urządzeniach do obrazowania o wysokiej rozdzielności.

Amerykańscy uczeni wykorzystali dwuwymiarową warstwę grafenu umieszczoną na dwuwymiarowej warstwie heksagonalnego azotku boru (hBN). Prace były prowadzone przez profesora Nicholasa Fanga i jego studenta Anshumana Kumara we współpracy ze specjalistami z IBM-a, politechniki w Hongkongu oraz University of Minnesota.

Oba wspomniane materiały są podobne, gdyż atomy tworzą w nich heksagonalne wzory, oba są strukturami o grubości jednego atomu. Jednak oba w inny sposób oddziałują na światło. Okazało się jednak, że oddziaływania te się uzupełniają, pozwalając na kontrolowanie światła.

Gdy do warstwy grafenu w takim hybrydowym materiale przyłożymy odpowiednie napięcie, światło jest blokowane. Jednak po przyłożeniu innego napięcia ma miejsce szczególny rodzaj rozprzestrzeniania się światła zwany hiperbolicznością. Wcześniej tego zjawiska nie udawało się uzyskać w systemach optycznych. A jedną z jego konsekwencji jest silna interakcja pomiędzy cienkim materiałem a światłem, co daje wysoki stopień kontroli nad światłem. To pozwala na wysyłanie i odbieranie sygnałów świetlnych na bardzo ograniczonej przestrzeni i może prowadzić do opracowania unikatowych materiałów optycznych służących do optycznej komunikacji - mówi profesor Fang.

Gdy światło wchodzi w interakcję z grafenem pojawiają się plazmowy, podczas interakcji z hBN mamy do czynienia z fononami. Gdy oba materiały odpowiednio połączymy plazmony i fonony tworzą pary i silnie ze sobą rezonują. Grafen umożliwia precyzyjne kontrolowanie światła, a hBN pozwala na umieszczenie go na bardzo małej przestrzeni i kierowanie nim. Wskutek połączenia tych dwóch materiałów powstaje unikatowy system, który pozwala na manipulowanie procesami optycznymi - wyjaśnia Phaedon Avouris z IBM-a. Dzięki temu systemowi można np. zdecydować, jakiej długości fale i w jakich kierunkach mogą się rozprzestrzeniać. Możemy wybierać częstotliwości i je przepuszczać, a inne blokować - mówi Kumar.

Profesor Fang uważa, że dzięki nowemu materiałowi możliwe będzie stworzenie falowodów o średnicy zaledwie 20 nanometrów. A to z kolei pozwoli na połączenie w jednym układzie scalonym komponentów optycznych i elektronicznych. Obecnie komponenty takie są umieszczane oddzielnie i trzeba jeszcze zapewnić łączność pomiędzy nimi.

Fang mówi też, że bardzo ciekawą właściwością nowego materiału jest możliwość przełączania światła na jego powierzchni. Dzieje się tak, gdyż materiał w sposób naturalny pracuje przy długości fali w zakresie bliskiej podczerwieni. To z kolei pozwoli na udoskonalenie spektrometrów podczerwonych i – potencjalnie – umożliwi obrazowanie pojedynczych molekuł.

ów o średnicy zaledwie 20 nanometrów. A to z kolei pozwoli na połączenie w jednym układzie scalonym komponentów optycznych i elektronicznych. Obecnie komponenty takie są umieszczane oddzielnie i trzeba jeszcze zapewnić łączność pomiędzy nimi.

Fang mówi też, że bardzo ciekawą właściwością nowego materiału jest możliwość przełączania światła na jego powierzchni. Dzieje się tak, gdyż materiał w sposób naturalny pracuje przy długości fali w zakresie bliskiej podczerwieni. To z kolei pozwoli na udoskonalenie spektrometrów podczerwonych i – potencjalnie – umożliwi obrazowanie pojedynczych molekuł.

 

Źródło: http://kopalniawiedzy.pl/grafen-azotek-boru-swiatlo,22465