Среда 03 декабря 2025 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Ученые добились сверхбыстрого переключения крошечных источников света


Ученые добились сверхбыстрого переключения крошечных источников света

Пятница, 27 Сентября 2024 23:41

Сверхтонкие материалы, состоящие всего из нескольких атомных слоев, обещают применение в электронике и квантовых технологиях. Международная группа под руководством Технического университета Дрездена достигла значительного прогресса в эксперименте, проведенном в Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR): эксперты смогли вызвать чрезвычайно быстрый процесс переключения между электрически нейтральными и заряженными люминесцентными частицами в сверхтонком, фактически двумерном материале.

 

Результат открывает новые перспективы для исследований, а также для оптической обработки данных и гибких детекторов. Исследование представлено в журнале Nature Photonics.

 

Двумерные полупроводники могут демонстрировать принципиально иные свойства по сравнению с более обычными объемными кристаллами. В частности, легче генерировать так называемые экситонные частицы: если электрон, который, как известно, заряжен отрицательно, возбуждается в материале путем поглощения энергии, он удаляется из своего первоначального положения. Он оставляет после себя подвижный заряд — положительно заряженную «дырку».

 

Электроны и дырки притягиваются друг к другу и вместе образуют связанное состояние, называемое экситоном, своего рода электронной парой. Если поблизости находится другой электрон, он притягивается к нему, образуя трехчастичное состояние, известное на научном жаргоне как трион. Особенностью триона является сочетание электрического заряда с сильным световым излучением, что позволяет осуществлять одновременное электронное и оптическое управление.

 

В течение довольно долгого времени взаимодействие между экситоном и трионом рассматривалось как процесс переключения, который сам по себе интригует и может представлять интерес для будущих приложений. Фактически, многим лабораториям уже удалось переключаться между двумя состояниями целенаправленно, но пока с ограниченными скоростями переключения.

 

Исследованием руководил профессор Алексей Черников из Технического университета Дрездена, а физик HZDR доктор Стефан Виннерл теперь смог значительно ускорить это переключение. Работа проводилась в рамках кластера передового опыта Вюрцбург-Дрезден «Сложность и топология в квантовых материалах, ct.qmat». Исследователи из Марбурга, Рима, Стокгольма и Цукубы внесли важный вклад в проект.

 

Эксперименты проводились с использованием специального оборудования в HZDR. Лазер на свободных электронах FELBE вырабатывает интенсивные терагерцовые импульсы — частотный диапазон, который лежит между радиоволнами и ближним инфракрасным излучением. Сначала исследователи облучали атомно-тонкий слой диселенида молибдена при криогенных температурах короткими лазерными импульсами, генерируя экситоны. Как только они создавались, каждый экситон захватывал электрон из тех, которые уже присутствовали в достаточном количестве в материале, и таким образом становился трионами.

 

«Когда мы затем обстреляли материал терагерцовыми импульсами, трионы чрезвычайно быстро снова сформировались в экситоны», — объясняет Виннерл. «Мы смогли это продемонстрировать, потому что экситоны и трионы испускали ближнее инфракрасное излучение на разных длинах волн».

 

Решающим фактором в эксперименте стало соответствие частоты терагерцовых импульсов для разрыва слабой связи между экситоном и электроном — таким образом, пара, состоящая всего из одного электрона и одной дырки, была воссоздана снова. Вскоре после этого этот экситон захватывает другой электрон и снова становится трионом.

 

Разделение на экситоны произошло с рекордной скоростью. Связь была разорвана за несколько пикосекунд — триллионных долей секунды. «Это почти в тысячу раз быстрее, чем было возможно ранее чисто электронными методами, и может быть сгенерировано по требованию с помощью терагерцового излучения», — подчеркивает Черников.

 

Новый метод открывает интересные перспективы для исследований. Следующим шагом может стать расширение продемонстрированных процессов на множество сложных электронных состояний и материальных платформ. Таким образом, необычные квантовые состояния материи, возникающие из-за сильного взаимодействия между многими частицами, станут доступными, как и приложения при комнатной температуре.

 

Результаты также могут оказаться полезными для будущих приложений, например, в сенсорной технике или оптической обработке данных.

 

«Было бы разумно адаптировать эффект для новых типов модуляторов с быстрым переключением», — объясняет Виннерл. «В сочетании с ультратонкими кристаллами это можно было бы использовать для разработки компонентов, которые одновременно являются чрезвычайно компактными и способны электронным образом управлять оптически закодированной информацией».

 

Другой областью применения может стать обнаружение и визуализация технологически значимого терагерцового излучения .

 

«На основе продемонстрированных процессов переключения в атомарно тонких полупроводниках в долгосрочной перспективе может оказаться возможным разработать детекторы, которые работают в терагерцовом диапазоне, регулируются в широком диапазоне частот и могут быть реализованы как терагерцовые камеры с большим количеством пикселей», — предполагает Черников. «В принципе, даже сравнительно низкой интенсивности должно быть достаточно для запуска процесса переключения».

 

Преобразование трионов в экситоны приводит к характерным изменениям в длине волны излучаемого ближнего инфракрасного света. Обнаружение этого и преобразование в изображения было бы довольно простым и могло бы быть достигнуто с использованием уже существующих современных технологий.

 
 

 
Николаева Мария Опубликовано в Наука   Теги Новости
Читайте также
Истинной причиной смерти при COVID-19 оказался не вирус Истинной причиной смерти при COVID-19 оказался не вирус Долгое время практикующие медики и учёные не могли найти объяснение высокой смертности среди больных, получавших во время пандемии ковида поддержку посредством системы искусственной вентиляции легких. Американским исследователям удалось прояснить эту…
Развеяны мифы о некоторых свойствах сна Развеяны мифы о некоторых свойствах сна Многие годы бытует мнение, что сон играет важную роль в перезагрузке мозга и «очищении» его от токсинов. Утверждается, что глимфатическая система помогает мозгу обновляться во время сна. А значит, дефицит…
Зеркало возрастом 8500 лет обнаружено при раскопках в Турции Зеркало возрастом 8500 лет обнаружено при раскопках в Турции Археологи в центральной Турции объявили о замечательном открытии в Канхасане — одном из древнейших известных поселений в Анатолии, где, как считается, существовала система улиц возрастом 10 000 лет. Недавние раскопки…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 45 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 45 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 45 украинских БПЛА над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурные средства ПВО перехватили и уничтожили 45 украинских беспилотных…
Следующий из России в Грузию танкер атакован у берегов Турции Следующий из России в Грузию танкер атакован у берегов Турции Танкер Midvolga 2, следующий из России в Грузию с грузом подсолнечного масла, подвергся атаке в 80 милях от побережья Турции. Об этом сообщило министерство транспорта и инфраструктуры республики. "Танкер Midvolga…
ФСБ РФ задержала на Кубани россиянку по подозрению в госизмене ФСБ РФ задержала на Кубани россиянку по подозрению в госизмене ФСБ России задержала в Краснодарском крае женщину по подозрению в государственной измене в форме оказания финансовой помощи ВСУ. Об этом ТАСС сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ. "Федеральной службой…
Тема дня
Почему Россия открыла безвизовый режим с Китаем Почему Россия открыла безвизовый режим с Китаем

Переход России и Китая на взаимный безвизовый режим – это не открытие границ для маленькой или удале...

Фото
Сложная проблема асимметрии материи может быть решена путем расширения физики Сложная проблема асимметрии материи может быть решена путем расширения физики

Предположим, вы столкнули два нейтрона на околосветовой скорости. В результате столкновения возникне...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

Рютте назвал страны НАТО прифронтовыми государствами из-за России. А до этого они были прифронтовыми из-за Югославии, Ирака, Ливии… А еще раньше они были рабовладельческими из-за Африки.

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".