| www.rdmag.com

Вчені створили унікальні ланцюжки з нанопроводников, що можуть проводити одночасно світло і електрику

Група вчених з університету Рочестера (University of Rochester) і Швейцарського федерального технологічного інституту (Swiss Federal Institute of Technology, ETH), до якої увійшли фахівці в галузі матеріалознавства та оптики, створили дослідні зразки ланцюжків, що складаються з срібних нанопроводников і пластин двомірного матеріалу, дисульфида молібдену (MoS2). Така комбінація матеріалів дозволяє ланцюга ефективно проводити одночасно електрику і світло вздовж одного крихітного нанопровідника, що в майбутньому може бути використано при створенні процесорів майбутнього покоління, здатних обробляти і передавати інформацію зі швидкістю світла.



Структура такого найпростішого ланцюга представлена на наведеному вище малюнку. На вільному кінці срібного нанопровідника сфокусовано світло лазера, який збуджує на поверхні металу особливий вид електромагнітних коливань плазмонів. При цьому вчені виявили, що пластина MoS2, розташована на іншому кінці нанопровідника, починає випромінювати яскраве світло, довжина хвилі якого збігається з довжиною хвилі світла лазера.

Зацікавившись цим явищем, вчені вивчили процеси що там відбуваються і з’ясували, що перенесення енергії через нанопровідники в даному випадку здійснюється збудженими електронами, хмара з яких і являє собою плазмон. Коли ці плазмону переміщуються по поверхні нанопровідники, вони розпадаються, електрони скидають надлишки своєї енергії і проходять через срібний нанопровідники далі у вигляді електричного струму. На пластині MoS2, енергія потрапивших туди плазмонів і електронів перетворюється на енергію випромінюваних фотонів світла, проходячи через проміжний етап формування та розпаду екситонів, квазичастиц, що складаються з пов’язаних вільного електрона і електронної дірки в напівпровіднику.

Слід зазначити, що дане явище стає можливим лише завдяки тому, що дисульфід молібдену є матеріалом з явно вираженими напівпровідниковими властивостями. Наявність забороненої зони у цього матеріалу дозволяє перетворити енергію електронів спочатку в енергію екситонів, а потім і в енергію фотонів. Якщо замість пластини MoS2 використовувати пластину графена, то ефект переносу світла працювати не буде, так як у графена відсутня заборонена зона.

При перенесенні енергії рухомими плазмонами по нанопровіднику не обійтись без втрат, в ході експериментів вчені з’ясували, що при переносі енергії на два-три мікрона втрачається до третини від початкового кількості енергії. Тим не менш, в масштабах нанометрових відстаней кристалів фотонно-електронних чіпів такі втрати будуть дуже малі.

Слід зауважити, що фотоелектричні прилади і пристрої можуть працювати набагато швидше і витрачати при цьому менше енергії, ніж аналогічні електронні пристрої. Але, вузли фотоелектричних пристроїв, що виконують фокусування світла та інші функції, не можуть бути миниатюризовані до рівня їх використання на кристалах чіпів. Ця проблема якраз і може бути вирішена за допомогою нанопроводников, дисульфіду молібдену для передачі світла. Наступними кроками вчених буде створення складних фотоелектричних схем з нанопроводнікових ланцюгів, в які будуть включені власні світлодіодні джерела світла. Ці схеми гратимуть роль логічних елементів, що виконують певні логічні і арифметичні дії, які, як відомо, є базовими елементами всієї сучасної цифрової техніки.
Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль