Текст уведомления здесь

Российские физики превратили плазмоны в управляющих большими данными

Наночастицы нитрида титана позволили получить плазмонные элементы для управления большими потоками данных в линиях связи.
Добавить в закладки
Комментарии

Российские ученые использовали цепочки из наночастиц нитрида титана для создания управляющих оптических элементов на основе плазмонного резонанса. Такие системы могут найти широкое применение в линиях оптоволоконной связи — и в плазмонных компьютерах будущего. О своей разработке ученые сообщают в статье, опубликованной журналом Photonics and Nanostructures — Fundamentals and Applications.

При движении излучения по волноводу создаваемое им электромагнитное поле смещает электроны в проводящем материале. При определенной частоте оно может резонировать с собственной плазменной частотой проводника и создавать резкое локальное усиление электромагнитного поля, которое распространяется как волна колебаний квазичастиц — плазмонов. Использование плазмонного резонанса считается перспективным направлением развития электроники и связи: такие проводники тоньше традиционных и способны поддерживать более высокие частоты работы. Сегодня подобные системы позволяют создавать более точные сенсоры и инструменты спектрального анализа.

Плазмоника может применяться и для управляющих элементов в системах телекоммуникаций: узкий резонанс обеспечивает эффективное фильтрование сигнала строго определенной частоты или отражение помех. Как правило, для реализации этой функции рассматривают наночастицы золота или серебра, однако ученые из Сибирского федерального университета и других вузов России и Швеции обратились к намного более дешевому нитриду титана (TiN).

Авторы вызвали поверхностный плазмонный резонанс в линейных цепочках из наночастиц TiN и показали, что это свойство сохраняется в материале и при нагреве до высоких температур — такие условия вполне обычны на практике, однако в золоте и серебре при этом снижаются рабочие характеристики. Кроме того, ученые продемонстрировали, что при использовании наночастиц вытянутой формы их ориентацию в цепочке можно контролировать и за счет этого менять частоту резонанса в диапазоне от видимого до инфракрасного. Все это делает TiN крайне перспективным материалом для создания управляющих элементов в оптоволоконных сетях связи.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

В гексабориде самария обнаружили не имеющий теоретического объяснения феномен

Российские и украинские ученые выявили в этом перспективном материале неожиданный эффект подавления.
Добавить в закладки
Комментарии

Физикам из МФТИ, Института общей физики РАН, НИУ ВШЭ и Института проблем материаловедения НАНУ (Украина) впервые удалось зарегистрировать необычный магнитный резонанс в гексабориде самария — материале, имеющем большие перспективы для спиновой электроники. Соответствующая статья опубликована в Scientific Reports.

Топологический изолятор — это материал, который в своей толще является изолятором (или полупроводником), а вот его поверхность при этом хорошо проводит электрический ток. Один из самых интересных топологических изоляторов — это гексаборид самария SmB6. При комнатной температуре он проводит ток, как металл, но ниже температуры 50 K (-223 по Цельсию) гексаборид самария превращается в полупроводник со сравнительно узкой запрещенной зоной — областью значений энергии, которыми не может обладать электрон в кристалле, — шириной всего двадцать миллиэлектронвольт (в обычных полупроводниках ширина запрещенной зоны в сотни раз больше). Чем шире запрещенная зона и чем ниже температура, тем меньше в полупроводнике свободных электронов и тем хуже он проводит ток.

Однако при приближении к абсолютному нулю (-273,16 по Цельсию) удельное сопротивление гексаборида самария постепенно перестает зависеть от температуры. Коэффициент Зеебека, определяемый соотношением термоэлектрического напряжения и разницы температур между горячим и холодным концами образца, при этом стремится к нулю. Такое резкое изменение свойств гексаборида самария наблюдается при температуре порядка пяти градусов Кельвина. Подобное поведение нетипично ни для металлов, ни для обычных полупроводников.

В настоящее время физики уверены, что необычное поведение SmB6 определяют поверхностные, топологические свойства материала. Доказать существование топологических состояний достаточно просто: поверхностные электроны, определяющие проводимость материала при наличии в нем топологических состояний, устойчивы к немагнитным дефектам поверхности и «разрушаются» магнитными примесями. До сих пор считалось, что в гексабориде самария без каких-либо посторонних примесей магнитные центры отсутствуют. [ ... ]

Читать полностью

Молодые физики из МФТИ нашли материал для памяти будущего

Состояние сегнетоэлектрической памяти зависит от перестройки кристаллической решетки материала, из которого она состоит.
Добавить в закладки
Комментарии

Физики из МФТИ детально описали процесс переключения электрической поляризации оксида гафния. Именно на базе этого физического процесса сейчас активно разрабатывается память для компьютерных устройств нового поколения. Соответствующая статья опубликована в ACS Applied Materials and Interfaces.

В настоящий момент по всему миру ведутся поиски подходящих сегнетоэлектрических материалов для компьютерной памяти нового поколения. Сегнетоэлектриками называют вещества, в которых в определенном интервале температур возникает спонтанная электрическая поляризация. Более того, при приложении к таким материалам внешнего электрического поля ориентация этой поляризации может быть произвольно изменена.

Особенность, делающая сегнетоэлектрики перспективным накопителем данных, — тот факт, что даже без внешнего поля поляризация в них сохраняется продолжительное время. Это похоже на то, как если бы магниты (ферромагнетики) оставались намагниченными даже после отключения магнитного поля. Такое свойство необходимо для энергонезависимых постоянных запоминающих устройств.

Авторы новой работы изучили вещество со структурной формулой Hf0,5Zr0,5O2. Подобный оксид гафния с добавлением циркония имеет целый ряд плюсов — например, легко «стыкуется» с уже существующими современными литографическими методами. Минусом этого материала до сих являлось отсутствие внятного представления о том, что именно в нем происходит при переполяризации. Причины этого в том, что свои сегнетооэлектрические свойства оксид гафния проявляет только в очень тонких (от 5 до 20 нанометров) пленках, получить которые можно, например, методом атомно-слоевого осаждения. Однако детально изучить происходящие в столь тонких слоях процессы сложно — слишком малы размеры образцов. [ ... ]

Читать полностью

Висмут довел волоконный лазер до нового диапазона

Добавка этого металла в оптическое волокно позволила создать компактный и эффективный лазер, работающий в средней части инфракрасного диапазона.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Научного центра волоконной оптики РАН и Института химии высокочистых веществ РАН создали новый тип оптического волокна с добавкой висмута. В итоге с его помощью вместо типичного для волоконных лазеров рабочего диапазона ученые смогли добиться излучения с длиной волны 1,6−1,8 микрометра. Соответствующая статья опубликована в IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.

Обычно волоконными лазерами называют такие, в которых активной средой, а часто и резонатором является оптоволокно. Отличия его от иных лазеров как раз и определяются характеристиками такого волокна: у него высокие параметры качества излучения, неплохой КПД и сравнительно высокая мощность при весьма умеренных габаритах. Как правило, активной средой (где генерируется вынужденное излучение) служит оптоволокно с различными добавками химических элементов — преимущественно редкоземельных металлов. Обычно длина волны генерируемого в таких лазерах излучения — 2—10 микрометров. В новой работе в оптоволокно на базе оксида германия добавили висмут. После изучения свойств лазера с подобной активной средой выяснилось, что он создает излучение в спектральном диапазоне, недоступном ранее известным волоконным лазерам на редкоземельных ионах.

В новом оптоволокне ион висмута встраивают вблизи дефекта сетки стекла, и он функционирует там как активный центр. Висмут при нормальных условиях — блестящий серебристый металл с не совсем обычным розоватым отблеском. При добавке этого элемента оптоволокно стало генерировать заметно более короткие волны, чем у аналогичных волокон без висмута. Однако они все еще лежат в инфракрасном диапазоне (в ближней его части), из-за чего излучение невидимо для человеческого глаза. Подобное излучение востребовано в системах оптоволоконной связи и целом ряде других приложений. Чем короче длина волны, используемой в системе связи, тем выше ее пропускная способность: за единицу времени можно передать больше «пакетов» информации.

Мощность экспериментального лазера не очень велика — всего два ватта, однако КПД выше 30 процентов, что немало с учетом того, что это первый лазер такого типа в мире и работы по повышению его КПД пока не проводились — целью создания новинки было изучение самой возможности использования висмута в волоконных лазерах. Ученые считают, что его характеристики можно улучшить, совершенствуя технологию изготовления.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы