Графеновый лазер для фотонных микросхем

07.06.2013

Международной группе исследователей из Великобритании, Греции и Японии удалось найти новое применение графену. На основе этого материала удалось создать инфракрасный импульсный лазер, причем, по мнению ученых, подобные лазеры могут генерировать и обычные световые импульсы.

Графен отличается отсутствием запрещенной зоны, то есть его электроны могут находиться в состоянии с любым уровнем энергии, в отличие от изоляторов или полупроводников, у которых есть некоторое минимальное расстояние между основным и следующим за ним по энергии состоянием. Благодаря отсутствию запрещенной зоны графен может поглощать даже кванты с не очень большой энергией и за счет этого временно блокировать излучение инфракрасного лазера.

При воздействии на графен инфракрасным излучением материал в определенный момент (в экспериментах физиков это происходило меньше чем через наносекунду) резко меняет свои оптические свойства и становится прозрачным. Как сообщают ученые, реализация подобного эффекта непосредственно внутри лазера на иттербиевом стекле позволяет управлять его работой: лазер излучает только тогда, когда размещенная внутри его резонатора графеновая пленка становится достаточно прозрачной. После того, как графен выпускает световой импульс наружу, он снова начинает поглощать излучение и все повторяется заново, с частотой около 1,6 ГГц.

Расчеты показывают, что аналогичная схема может успешно применяться для генерации импульсов с любой другой длиной волны как в ближнем инфракрасном, так и в видимом диапазоне. Иными словами, на основе графена теоретически можно сделать импульсные лазеры самых разных цветов, причем материал при этом не потребуется подвергать дополнительной обработке. Еще одним преимуществом графена авторы новой работы считают термостойкость материала: многие другие вещества, обладающие подобными свойствами, быстро выгорают при интенсивном облучении.

<< Назад: Экраны E Ink Mobius для умных часов 07.06.2013

>> Вперед: Риск инфекции зависит от времени суток 06.06.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Квантовая гравитация с холодным зеркалом 11.06.2025 Вопрос о том, как именно гравитация проявляется на квантовом уровне, долгое время оставался одной из самых больших загадок современной физики. Несмотря на успехи в квантовой механике и теории относительности, ученым до сих пор не удалось разработать полноценную квантовую теорию гравитации. Для этого необходимо понять, ведет ли себя гравитация как классическая сила или же подчиняется законам квантовой физики. В недавнем эксперименте исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали важный шаг в этом направлении, охладив крошечный механический маятник до почти абсолютного нуля и изучив его поведение с невиданной точностью. Дончел Шин, исследователь из MIT, поясняет, что на сегодняшний день нет четкого способа проверить квантовую природу гравитации в лаборатории. Главной задачей является создание таких механических систем, которые одновременно достаточно массивны, чтобы ощутить влияние гравитации, и достаточно "квантовы", то есть лишены классического шума, чтобы проявить квантовые эффекты. В их эксперименте именно такой маятник - крутильный осциллятор - был охлажден с помощью лазеров до температуры около 10 милликельвинов, что составляет всего минус 273,14 градуса Цельсия. Этот крутильный маятник, размером не более сантиметра, является классическим инструментом в изучении гравитации - подобные механизмы использовались еще в знаменитом эксперименте Кавендиша в XVIII веке для измерения гравитационной постоянной. Теперь, применяя методы лазерного охлаждения, изначально разработанные для управления атомами, ученые пытаются объединить классическую механику с квантовыми законами. Использование лазеров позволило максимально снизить тепловое движение маятника, приблизив его к квантовому состоянию, где проявляются самые тонкие эффекты. Особенность эксперимента заключается в использовании зеркального оптического рычага - метода, когда лазерный луч направляется на зеркало, закрепленное на маятнике. Малейшие наклоны зеркала вызывают смещение отраженного луча, что фиксируется детектором и позволяет измерять крошечные угловые движения с чрезвычайной точностью. Однако исследователям пришлось бороться с шумами, вызванными дрожанием самого лазерного луча из-за внешних факторов, таких как воздушные потоки или вибрации оборудования. Для решения этой проблемы команда MIT применила метод с двумя лазерными лучами: один взаимодействует непосредственно с маятником, а второй отражается от дополнительного зеркала, фиксируя и устраняя нежелательные колебания. Благодаря этой технологии удалось снизить уровень шума в тысячу раз, что позволило выявлять движения маятника с точностью почти в десять раз превышающей собственные квантовые флуктуации системы. Таким образом ученым удалось достичь уровня измерений, близкого к фундаментальному квантовому пределу, хотя фактическое достижение основного квантового состояния маятника остается задачей для будущих исследований. Следующим этапом работы станет усиление оптического взаимодействия, в частности, с помощью создания оптического резонатора, который будет усиливать угловые сигналы, а также использования методов оптического захвата. Эти инновации могут открыть путь к более сложным экспериментам, в которых два крутильных маятника будут взаимодействовать исключительно через гравитацию. Такие исследования позволят впервые в лабораторных условиях проверить, является ли гравитация квантовой силой. Эксперимент ученых из MIT знаменует собой значительный прогресс в попытках объединить квантовую механику и гравитацию - две фундаментальные теории, которые до сих пор плохо согласуются между собой. Точные измерения с холодным крутильным маятником приближают нас к пониманию природы гравитации на самом глубоком уровне и могут стать ключом к построению единой теории всего - долгожданной мечты физиков всего мира.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025