• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Графеновый барабан: разработана новая конструкция фононного лазера

Графеновый барабан: разработана новая конструкция фононного лазера

© Высшая школа экономики/ Михаил Дмитриев

Профессор МИЭМ ВШЭ Константин Арутюнов совместно с коллегами из Китая разработал механический резонатор на основе графена, в котором было индуцировано когерентное излучение квантов звуковой энергии, фононов. Такие устройства, называемые фононными лазерами, имеют широкий потенциал применения в обработке информации, а также в классическом и квантовом зондировании материалов. Исследование опубликовано в журнале Optics express

По аналогии с фотонами, квантами электромагнитного поля, существуют и частицы-кванты звуковой энергии, фононы. Фактически это искусственно введенные в физике объекты - квазичастицы, которые соответствуют колебаниям кристаллической решетки вещества.

Некоторые вещества при облучении испускают фотоны с одинаковой длиной волны, фазой и поляризацией. Этот процесс, называемый вынужденным излучением, был предсказан Альбертом Эйнштейном более века назад, и он лежит в основе всем нам знакомого прибора — лазера. Первые лазеры были сконструированы около шестидесяти лет назад, и прочно вошли в нашу жизнь в различных ее сферах.

Константин Арутюнов
@ МИЭМ НИУ ВШЭ

Схожий процесс с испусканием «одинаковых» фононов, лежит в основе прибора, называемого по аналогии фононным лазером, или сазером. Фактически он был предсказан одновременно с лазерами, однако на протяжении длительного времени было разработано всего несколько экспериментальных реализаций, и ни одна из них не получила широкого применения в промышленности.

В качестве активной среды для фононных лазеров за последнее десятилетие использовались ионы магния, полупроводники, композитные системы с микрополостями, электромеханические резонаторы, наночастицы и множество других веществ и систем. В отличие от предыдущих исследований, в данной работе было решено использовать графен для создания когерентных акустических колебаний, поскольку именно механические резонаторы на основе графена показали хорошие результаты по характеристикам их фононного излучения. За счет уникальных свойств графена такие резонаторы могут потенциально получить широкое применение.

Схема экспериментальной установки для получения и регистрации фононного излучения

Как работает резонатор на основе графена методом микролитографии:

Сначала фоточувствительная полимерная пленка наносится на кремниевую основу. Затем при помощи ультрафиолета на основе «рисуется» определенная структура, которая впоследствии при помощи обработки плазмой позволяет образовать повторяющуюся систему микрополостей. Обработанная основа покрывается слоем графена, и такая система “барабанов” ведет себя как резонатор, то есть усиливает внешние колебания с определенной частотой.

При помощи ультрафиолета на основе «рисуется» стркутура, которая впоследствии при помощи обработки плазмой позволяет образовать повторяющуюся систему микрополостей. Обработанная основа покрывается слоем графена, и такая система “барабанов” ведет себя как резонатор, то есть усиливает внешние колебания с определенной частотой.

Если облучить такой «барабан» светом лазера с определенной длиной волны, фотоны несколько раз отражаются между кремниевой основой и графеном, таким образом формируя оптические полости, где возникают механические колебания соответствующей частоты.  

«Экспериментально исследовалась наноструктура, представляющая из себя закрепленную мембрану из моноатомного слоя углерода, графена. В ней за счет воздействия внешним оптическим излучением возбуждались колебания атомов, фононы», - комментирует Константин Арутюнов. - Исследования предполагается продолжить, поскольку они представляют значительный интерес как для фундаментальных вопросов физики сверхмалых объектов, так и имеют потенциал для создания нового поколения квантовых оптомеханических датчиков и преобразователей».

Вам также может быть интересно:

Отборочный этап студенческой олимпиады «Я — профессионал» собрал более 104 тысяч участников

За 17 дней более 104 тысяч участников из разных регионов России попробовали свои силы в состязаниях отборочного онлайн-этапа пятого сезона олимпиады«Я — профессионал» — одного из флагманских проектов президентской платформы«Россия — страна возможностей». Олимпиада реализуется при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

НИУ ВШЭ подвел итоги участия в программе Года науки и технологий в России

Уходящий 2021 год был объявлен в России Годом науки и технологий. Новостная служба портала рассказывает, какие мероприятия проводила Высшая школа экономики под эгидой Года науки, о достижениях университета, а также о том, как Вышка помогает популяризации отечественной науки.

Исследование ВШЭ: реабилитацию детей с артрогрипозом может облегчить стимуляция мозга

Совместно с НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Турнера исследователи НИУ ВШЭ изучили, как мозг детей с артрогрипозом после пересадки мышц контролирует сгибание локтя. Оказалось, что у таких пациентов вовлекается больше моторных нейронов, то есть начало нового движения требует от мозга больше усилий.

«Задачи Высшей школы экономики вращаются вокруг слова “человек”»

В Парке науки и искусства «Сириус» завершился Конгресс молодых ученых — одно из ключевых мероприятий Года науки и технологий. В работе конгресса приняла участие делегация Высшей школы экономики. Как это было — в репортаже новостной службы портала.

«Мы должны объяснить, как работать с собой и заниматься саморазвитием»

Задача современных университетов — дать молодым людям те навыки и компетенции, которые помогут им встроиться в экономику сегодняшнего и завтрашнего дня, выбрать свою жизненную траекторию. При этом студенты становятся одними из основных заказчиков для программ образования. Об этом шла речь на форуме «Наука и университеты», который стартовал 12 декабря в нижегородской Вышке.

В Сочи стартовал Конгресс молодых ученых, в работе которого принимают участие представители ВШЭ

В образовательном центре «Сириус» в Сочи начал работу Конгресс молодых ученых. Это итоговое мероприятие Года науки и технологий, который проходит сейчас в России. В рамках конгресса пройдут также мероприятия VII Ежегодной национальной выставки ВУЗПРОМЭКСПО. Вышка представлена в Сочи большой группой ученых и экспертов.

Ученые предложили способ увеличения заряда суперконденсаторов

Ученые МИЭМ ВШЭ и Института неклассической химии в Лейпциге предложили новую теоретическую модель суперконденсаторов. Она впервые учитывает свойства катиона, которые существенно влияют на электрическую емкость суперконденсатора. Это первая подобная работа в области электрохимии. По мнению авторов, модель должна позволить инженерам в будущем создавать более мощные источники энергии. Результаты работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ.

В НИУ ВШЭ разработали первый стандартизированный тест на русском языке для оценки нарушений при афазии

Ученые Центра языка и мозга НИУ ВШЭ создали и протестировали Русский афазиологический тест — новую методику диагностики языковых нарушений у пациентов с афазией. Этот тест станет первым в России стандартизированным инструментом в этой области. Статья “The Russian Aphasia Test: The first comprehensive, quantitative, standardized, and computerized aphasia language battery in Russian” вышла в журнале PLOS ONE.

Вышка примет участие в создании Супер С-тау фабрики

18 ноября в Новосибирске десять университетов и институтов объявили о создании партнерства по строительству электрон-позитронного коллайдера для исследования очарованных частиц и тау-лептонов. Новый эксперимент запланирован в рамках Супер С-тау фабрики. В десятку основателей вошли две международные и восемь российских команд, включая Высшую школу экономики.

Модель, описывающая отношения хищников и их жертв, стала основой для прогноза распространения COVID-19

Исследователи факультета экономических наук НИУ ВШЭ предложили математическую модель, описывающую течение пандемии COVID-19 с учетом ограничительных мер, принимаемых в разных странах. Она поможет правительствам принимать взвешенные и своевременные решения о введении или отмене ограничений. Работа опубликована в журнале Eurasian Economic Review.