Ученые смоделировали новый тип спазера — источника поверхностных плазмонов, аналогичного лазеру. Развитие данной технологии может привести к созданию новых гибких устройств — например, смартфонов, напечатанных на одежде.

Thinkstock.com
ACS Nano
Ученые теоретически показали, что под действием оптического излучения углеродная нанотрубка (УНТ) может безызлучательно передавать энергию «чешуйке» графена, где она переходит в энергию плазмонных мод. Передача энергии осуществляется за счет ближнепольного взаимодействия между экситонами УНТ и плазмонами графена. Авторы работы также рассчитали оптимальные геометрические параметры спазера, позволяющие добиться максимальной скорости генерации плазмонов.

Спазер — это источник когерентных колебаний свободных электронов. Квазичастица, представляющая собой квант таких колебаний, носит название плазмона. А сам термин «спазер» («spaser») — это акроним от английского «Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation» — «усиление поверхностных плазмонов посредством вынужденного излучения». По принципу действия спазер во многом аналогичны лазеру, но излучает он не фотоны, а плазмоны.

Первый действующий спазер на основе наночастицы золота, заключенной в кремниевую сферу, был построен в 2009 г. Теперь группа австрилийских исследователей предложила новую конструкцию спазера, состоящего из «чешуйки» графена (резонатора) и углеродной нанотрубки (усилителя). Использование углерода позволяет сделать спазер более надежным и экологичным, он будет работать при более высоких температурах.

Ученые показали, что графен и углеродные нанотрубки могут взаимодействовать и передавать друг другу энергию посредством света. Эти процессы могут протекать очень быстро и с минимальными потерями энергии, что делает их использование перспективным в области вычислительных схем. Графен и углеродные нанотрубки уже были протестированы в качестве наноразмерных проводников, антенн и волноводов. Возможно, в будущем углеродные спазеры станут основой плазмонных наносхем, которые будут использоваться в различных типах устройств, в том числе в гибкой и носимой электронике.

По сообщению redOrbit