Новое исследование показало, что графен может быть идеальным кандидатом на наномерный источник сверхскоростных световых импульсов, необходимый для развития оптических коммуникационных технологий.
Международная команда, включающая ведущего автора Юн Дак Кима из южнокорейского Университета Кюнг Хи и профессора Джеймса Хона из Колумбийского университета, представила свое исследование в Nano Letters. Созданные группой графеновые устройства генерировали световые импульсы в диапазоне до 10 ГГц и длительностью менее 100 пикосекунд.
«Графен – ключевой материал для нанофотоники, — сказал Ким в интервью Phys.org. – Это исследование добавляет световое излучение к набору свойств графеновых устройств».
Материал имеет несколько характеристик, делающих его многообещающим кандидатом на сверхбыстрые световые излучатели. Список включает термическую стабильность и низкую теплоемкость. Предыдущие исследования показывали, что графеновые устройства могут излучать свет в ультракрасном и видимом диапазонах. Хотя перед специалистами продолжала стоять проблема по обеспечению практического быстрого переключения фаз. Для этого, объяснили исследователи, требовалось создание устройства с хорошо теплопроводящей подложкой для эффективного охлаждения между импульсами.
Для решения проблемы специалисты заключили графен в шестигранный нитрид бора. Это позволило материалу достигать достаточно высоких температур для излечения яркого света, в видимом и около инфракрасном диапазоне. Одновременно обеспечивалась хорошая стабильность (срок жизни устройства составил минимум 4 года) и быстрое охлаждение. Аппарат генерировал импульсы, длительностью 90 пикосекунд, а скорость модуляции была в несколько раз выше, чем в стандартных термических излучателях.
Быстроту, по мнению физиков, обеспечивает наличие 2 типов фононов: оптических и акустических. Электроны в графене сильнее привязаны к первым. Другое недавнее исследование показало, что эти частицы и оптические фонононы формируют гибридные типы волн в среде из графена и нитрида бора, известные как плазмон-фононные поляритоны. Они обеспечивают эффективную передачу тепла в ближнем поле. Вместе со слабой связью с акустическими фононами и прямым электронным расслаблением, явление позволило добиться быстрого охлаждения.
Исследователи считают, что графеновые излучатели могут выйти за 100 ГГц и имеют потенциал в различных сферах, вроде плазмоники, фотодетекторов и спектроскопии на чипе.
Ваше мнение