Компактный плазмонный генератор на основе графена

Исследователи из лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ, Института радиотехники и электроники РАН и Университета Тохоку (Япония) обосновали возможность создания источников когерентных плазмонов — ключевых элементов оптоэлектронных схем будущего.

Плазмон — это квазичастица, квант плазменных колебаний, то есть коллективных колебаний электронного газа. С помощью плазмонов можно генерировать, передавать и принимать сигналы в интегральных схемах; плазмоны могут выступать посредниками между электронами и световыми волнами в высокоэффективных фотодетекторах и источниках излучения. Важно, что работающие на плазмонном принципе приборы могут быть гораздо меньшими по размеру, чем их фотонные аналоги. Наиболее "спрессованы" поверхностные плазмоны, но ключевую проблему представляет поиск подходящих объектов, способных их поддерживать. Новые возможности открывает графен - истинно двумерный материал, он представляет собой слой углерода толщиной в один атом. На основе графена уже созданы сверхвысокочастотные транзисторы, быстродействующие фотодетекторы и даже первые прототипы лазеров. Однако свойства графена можно обогатить еще больше, наложив его на другой слоистый материал. Так можно создавать принципиально новые гетероструктуры.

В своей работе исследователи показывают, что гетероструктура из двух слоев графена, разделенных тонкой прослойкой дисульфида вольфрама, может не только поддерживать двумерные плазмоны, но и генерировать их при приложении электрического напряжения.

Работа Дмитрия Свинцова, Жанны Девизоровой, Виктора Рыжия и Таичи Отсуджи на 24-м международном симпозиуме "Nanostructures: Physics and Technology" (Санкт-Петербург, июнь 2016 года) удостоена премии фонда Ж. А. Алферова Young Scientist Award.

Статья с описанием идеи плазмонного генератора опубликована в журнале Physical Review B.