Ученые из МФТИ, Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова и университета Тохоку (Япония) теоретически обосновали возможность создания источников когерентных плазмонов — ключевых элементов оптоэлектронных схем будущего. Работа прибора основана на уникальных свойствах ван-дер-ваальсовых гетероструктур — композитов из графена и родственных слоистых материалов. Статья физиков опубликована в журнале Physical Review B.
Плазмон — это псевдочастица, представляющая собой смесь колеблющихся электронов и привязанного к ним электромагнитного поля. В своей работе исследователи показали, что гетероструктура из двух слоев графена, разделенных тонкой прослойкой дисульфида вольфрама, может не только поддерживать компактные двумерные плазмоны, но и генерировать их при приложении электрического напряжения.
«Рассчитываемая нами структура является, по сути, активной средой для плазмонов. Более привычными примерами активных сред является гелий-неоновая смесь в газовом лазере или полупроводниковый диод в лазерной указке», — пояснил Дмитрий Свинцов из МФТИ, ведущий автор исследования.
Активная среда для плазмонов — необходимый элемент плазмонного лазера (спазера). Если активную среду периодически включать и выключать, то можно, как говорят ученые, получать плазмонные импульсы «по заказу», что может найти приложение для передачи сигналов в интегральных схемах. Родившиеся в активной среде плазмоны также могут «отвязываться» от слоев графена и становиться фотонами в свободном пространстве. Это дает возможность создавать перестраиваемые источники излучения терагерцового и дальнего инфракрасного диапазона.
Активная среда, конечно же, не является вечным двигателем, и рождающаяся частица (фотон или плазмон) должна откуда-то брать энергию. В предлагаемой двухслойной графеновой структуре плазмон берет энергию от электрона, «прыгающего» со слоя с высокой потенциальной энергией на слой с низкой.
