Инженеры создали новую тончайшую структуру, двухмерные материалы, которые назвали волноводами
Исследователи из NRL и Университета Канзаса разработали плоские волноводы из гексагонального нитрида бора (hBN). Эти двухмерные материалы могут быть разделены на отдельные слои и обладают уникальными наноразмерными свойствами, которые привлекательны для создания атомарно тонких электронных и оптических устройств.
В процессе исследования ученые обнаружили, что hBN обладает не только выдающимися оптическими свойствами, но также может быть использован в качестве волновода. Сэмюэл Лагасс отмечает, что использование hBN в качестве оптического волновода предоставляет новые возможности для устройств, основанных на двухмерных материалах. Он также подчеркивает, что это открытие может иметь широкие последствия и потенциальное применение в различных областях.
Перед исследователями стояла задача защитить монослои графена и TMD, так как они чрезвычайно чувствительны к окружающей среде. Для этой цели им помог гексагональный нитрид бора (hBN) в качестве пассивирующего слоя. Слои hBN могут «экранировать» примеси, находящиеся вблизи слоев графена или TMD, что придает материалам удивительные свойства. В недавнем исследовании, проведенном под руководством NRL, была тщательно настроена толщина hBN, окружающего светоизлучающий слой TMD, чтобы поддерживать оптические волноводные режимы.
Исследователи из NRL провели эксперимент, чтобы изучить гетероструктуры, состоящие из слоев различных двухмерных материалов, таких как графен и TMD. Они разместили пластины гексагонального нитрида бора (hBN) вокруг слоев TMD, которые способны излучать свет. Пластины hBN были тщательно подобраны по толщине, чтобы обеспечить улавливание и направление света внутри волновода, созданного hBN. Когда свет достигал края hBN, он рассеивался и мог быть обнаружен с помощью микроскопа.
Исследование было вызвано сложностями оптических измерений двухмерных материалов TMD. При фокусировке лазерного света на TMD образуются частицы, называемые экситонами. Большинство экситонов излучают свет из плоскости TMD, однако в некоторых TMD существует редкий тип экситона, известный как «темный» экситон, который излучает свет в плоскости TMD. Пластины волноводов NRL улавливают свет от темных экситонов, предоставляя возможность изучать их оптически.
Исследователи NRL применили два специальных типа оптических микроскопов для характеристики волноводов hBN. Одна из установок позволяет спектроскопически разрешить фотолюминесценцию, излучаемую с различных участков волновода. Другая установка позволяет наблюдать угловое распределение излучаемого света. Кроме того, исследователи NRL разработали 3D-электромагнитные модели волноводов, которые предоставляют инструментарий для проектирования будущих устройств на основе двухмерных материалов.
Ранее инженеры Пенсильванского университета разработали новый чип, который использует световые волны, а не электричество, для выполнения сложных математических вычислений, необходимых для обучения ИИ. Этот чип потенциально может радикально ускорить скорость обработки компьютеров, а также снизить их энергопотребление. Он обеспечит скачок в скорости обработки и конфиденциальности данных.
