• 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:

ВШЭ вошла в число лидеров по 9 предметам рейтинга публикационной активности вузов АЦ «Эксперт»

Высшая школа экономики вошла в топ-3 российских университетов по семи предметным областям и двум более узким предметным срезам рейтинга публикационной активности вузов, который составляет аналитический центр «Эксперт». В целом, ВШЭ представлена в 14 предметных областях и четырех срезах, из них в четыре области/среза она вошла впервые.

Излишки мыслей

Перенасыщение и кризис — так эксперты по высшему образованию Филип Дж. Альтбах и Ханс де Вит определяют ситуацию на рынке мировых научных публикаций. Ее во многом спровоцировали внешние факторы: бум университетских рейтингов, акцентирующих число исследований и статей, и диктат издательств. Но кризис объясняется и поведением вузов. Многие подражают исследовательским университетам и на-гора выдают публикации очень разного качества.

Сотрудники ВШЭ получили премию Scopus Awards как самые цитируемые российские ученые

Компания Elsevier вручила премии Scopus Awards Russia 2018 российским ученым, имеющим лучшие показатели цитирования по базе данных научных публикаций Scopus. Среди награжденных больше всего представителей Вышки.

Вышку признали самым высокоцитируемым российским университетом 2016 года

Компания Clarivate Analytics (ранее — подразделение по научным исследованиям и интеллектуальной собственности Thomson Reuters) вручила награды самым влиятельным российским ученым и исследовательским организациям.

«Золотая ссылка» укажет на самые значимые научные публикации Вышки

НИУ ВШЭ и издательский дом Elsevier учредили премию «Золотая ссылка». Ею будут отмечаться исследователи Вышки, чьи статьи имеют наибольшую цитируемость, а также в наибольшей степени влияют на развитие науки и общества. О том, как оценивать качество научных публикаций и что часто упускается из виду при такой оценке, в интервью порталу ВШЭ рассказала региональный директор по маркетингу Elsevier Ингрид ван де Штадт.

Зачем публиковаться в российских научных журналах? Часть 2

В майском выпуске Academic Forum мы вновь обсуждаем значение русскоязычных публикаций для отечественной науки. Своим пониманием данной проблемы делятся социолог Роман Абрамов, историк Павел Уваров, филологи Татьяна Печерская и Ольга Лебедева.

Зачем публиковаться в российских научных журналах

В апрельском выпуске Academic Forum обсуждаем значение русскоязычных публикаций для отечественной науки. Своим пониманием данной проблемы делятся эксперты: математик Сергей Ландо, экономист Анна Лукьянова и филолог Елена Пенская.

29

на столько предметных областей расширилась тематика статей исследователей ВШЭ, опубликованных в журналах Web of Science в 2014 году.

«Высокие требования окупаются большими возможностями»

Какие возможности для построения научной карьеры открывает аспирантура ВШЭ? Чем она привлекает молодых ученых? О своем опыте обучения в аспирантуре рассказывают аспирант кафедры демографии Екатерина Митрофанова и аспирант кафедры макроэкономического анализа Ольга Кузнецова.

О публикациях Издательского дома ВШЭ

На заседаниях Совета Издательского дома ВШЭ  отобран перечень заявок на публикации. Из 80 поданных заявок отобрано к публикации 23. По семи заявкам принятие решений отложено в связи с необходимостью в дополнительной экспертизе или оценке стоимости проекта.