Комбинация графена и нитрида бора позволяет реализовать эффективное управление лучами света - «Наука и технологии»

Группа ученых из Массачусетского технологического института, объединив графен с другим материалом, имеющим подобную кристаллическую структуру, изготовила гибридный материал, использование которого позволяет получить высокий уровень контроля над распространением волн света. И такая технология может оказаться весьма полезной во многих областях, включая область оптических коммуникаций, высокоэффективных вычислений, в которых свет используется для передачи информации в пределах кристалла одного чипа.

Напомним нашим читателям, что графен - это особая форма углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину. Благодаря этому графен является чрезвычайно прочным, обладает высокой электрической проводимостью и рядом других уникальных характеристик, делающих его многообещающим материалом для электроники и других областей. А теперь, исследователи Массачусетского технологического института продемонстрировали потенциал графена для его использования в оптике и оптоэлектронике.

Создавая новый гибридный материал, исследователи нанесли слой графена сверху слоя другого материала, известного как гексагональный нитрид бора (hexagonal boron nitride, hBN), кристаллическая решетка которого, подобно кристаллической решетке графена, имеет одноатомную толщину и состоит из шестиугольных ячеек.

Несмотря на то, что два материала имеют схожую кристаллическую структуру, они взаимодействуют со светом совершенно по-разному. Когда фотон света ударяет в поверхность нитрида бора, то возникают квазичастицы, называемые фононами, которые представляют собой кванты колебательного движения атомов в кристаллической решетке. При взаимодействии света с поверхностью графена возникают плазмоны - квазичастицы, состоящие из квантов колебаний свободных электронов на поверхности материала. Комбинация двух разных материалов позволяет поймать резонанс взаимодействия фононов и плазмонов, что в свою очередь позволяет управлять падающим на материал светом.

В зависимости от электрического потенциала, приложенного к слоям гибридного материала, он, материал, может полностью блокировать прохождение света через него или обеспечить достаточно необычные условия распространения света, позволяющие направлять волны строго в заданном направлении. Кроме этого, при определенных условиях материал способен пропускать лишь свет со строго определенной длиной волны.

Основным использованием нового гибридного материала станут устройства, обеспечивающие высокоэффективный переход от оптических к электронным компонентам схем и наоборот. Кроме этого, из такого материала можно изготавливать маленькие оптические волноводы, ширина которых будет составлять порядка 20 нанометров и которые без труда могут быть интегрированы на кристаллы обычных полупроводниковых чипов, делая их более высокопроизводительными и менее требовательными с точки зрения количества потребляемой электрической энергии.