Инженеры создали новую тончайшую структуру двухмерных материалов, которую назвали волноводами
Исследователи Научно-исследовательской лаборатории ВМС (NRL) совместно с учеными из Университета Канзаса разработали плоские волноводы на основе гексагонального нитрида бора (hBN). Эти двумерные материалы, разделяемые на отдельные слои, обладают уникальными наноразмерными свойствами, которые делают их привлекательными для создания атомарно тонких электронных и оптических устройств.
По результатам исследования было обнаружено, что hBN не только обладает выдающимися оптическими свойствами, но также может служить волноводом. Согласно отметкам Сэмюэла Лагасса, использование hBN в качестве оптического волновода предоставляет новые возможности для устройств, основанных на двумерных материалах, и может иметь широкие последствия и потенциальные применения в различных областях.
Одной из задач перед исследователями стояло защитить монослои графена и TMD от воздействия окружающей среды, так как они чрезвычайно чувствительны. Для этой цели был использован гексагональный нитрид бора (hBN) в качестве пассивирующего слоя. Эти слои hBN могут «экранировать» примеси, находящиеся рядом с слоями графена или TMD, придавая материалам удивительные свойства. В проведенном недавно исследовании NRL была тщательно настроена толщина hBN вокруг светоизлучающего слоя TMD, чтобы поддерживать оптические волноводные режимы.
Ученые из NRL провели эксперименты по изучению гетероструктур, состоящих из слоев различных двумерных материалов, таких как графен и TMD. Они разместили пластины гексагонального нитрида бора (hBN) вокруг светоизлучающих слоев TMD. Пластины hBN были тщательно подобраны по толщине для улавливания и направления света внутри созданного hBN волновода. При достижении света края hBN он рассеивался и мог быть обнаружен с помощью микроскопа.
Это исследование было проведено из-за сложностей оптических измерений двумерных материалов TMD. При фокусировке лазерного света на TMD формируются частицы, называемые экситонами. Большинство экситонов излучают свет из плоскости TMD, но некоторые TMD содержат редкий тип экситона, известный как "темный" экситон, который излучает свет в плоскости TMD. Пластины волноводов NRL улавливают свет от темных экситонов, что предоставляет возможность изучать их оптически.
Исследователи NRL применили два специальных типа оптических микроскопов для характеризации волноводов hBN. Один из них позволяет спектроскопически разрешить фотолюминесценцию, излучаемую с различных участков волновода, а другой — наблюдать угловое распределение излучаемого света. Кроме того, исследователи NRL разработали 3D-электромагнитные модели волноводов, которые предоставляют инструментарий для проектирования будущих устройств на основе двумерных материалов.
Ранее инженеры из Пенсильванского университета разработали новый чип, использующий световые волны вместо электричества для выполнения сложных математических вычислений, необходимых для обучения искусственного интеллекта. Этот чип потенциально может значительно увеличить скорость обработки компьютеров и снизить их энергопотребление, обеспечивая скачок в скорости обработки и защите данных.