Графеновый фотодетектор научили «видеть» поляризованный свет
Но если птицам или насекомым поляризованный свет нужен больше для ориентации на местности, то человечеству с его разросшимся в последнее время миром цифровых технологий свет нужен для передачи информации. Под водой и землёй тянутся миллионы километров оптоволоконных линий связи, по которым туда-сюда путешествуют зеттабайты полезной и не очень информации. Проблема насыщения каналов вышла уже и на околоземную орбиту, где спутники связи обмениваются информацией с помощью лазерных лучей. И что же делать?
С похожей проблемой сталкивались летописцы раннего средневековья, когда бумага и прочие писчие материалы были в большом дефиците. Тогда распространённой практикой было соскабливание старого текста с листов и записывание поверх него нового. Для летописцев это была головная боль, зато для современных исследователей такая книга – большой подарок. С современными технологиями не проблема напечатать на одной странице не только две, но даже больше страниц вполне читаемого текста. Сначала – как обычно, потом расположив текст поперёк, а следующий текст – распечатав поверх первых двух другим цветом. Процесс можно повторять до тех пор, пока текст можно распознавать, пусть и с помощью компьютерных алгоритмов, но всё ещё с приемлемым количеством ошибок.
При передаче данных по оптоволокну другой цвет чернил соответствовал бы другой длине волны излучения, а повернутый текст – повернутой поляризации. Такие ухищрения как раз и позволяют одновременно задействовать несколько параллельных информационных каналов на одной линии связи. Передача сигналов, зашифрованных в поляризации, распространена не так широко, но иногда бывает незаменима. Например, она используется спутниками для передачи данных. А иногда скрытая в поляризации информация может и вовсе быть уникальной, как, например, поляризация космического излучения. Расшифровка таких данных позволяет получить новые научные знания в задачах астрофизики.
Одна из сложностей передачи информации по поляризационному каналу состоит в её последующем считывании, для чего нужны детекторы с некоторыми выделенными направлениями. Например, это могут быть детекторы с вращающимся поляризатором. Однако наличие механических частей сильно ограничивает такой детектор в скорости работы. Поэтому для оптоволоконных линий связи нового поколения используют детекторы с анизотропными переключаемыми материалами.
Как пишут в Applied Physics Letters физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, им удалось разработать фотодетектор на основе графена, способный различать информацию о поляризационном состоянии световой волны. Исследователи обнаружили анизотропию (т.е. различие свойств вещества вдоль разных направлений) в детекторе на переходе «графен — металл».
Схематическое изображение фотодетектора на основе графена с двумя металлическими контактами (сток и исток) и управляющим контактом (затвор) на кремниевой подложке. Затвор используется в качестве управляющего элемента, подача напряжения на который образует электрическое поле, которое, в свою очередь, позволяет регулировать электронные свойства графена. Именно такая электрическая регулировка позволяет значительно повысить скорость работы детектора по сравнению с механическими вариантами. Кроме того, управляющее затворное напряжение не создает дополнительных шумов, так как оно не подается напрямую между двумя контактами к графену. Илл.: Пресс-служба МФТИ.
Оказалось, что излучение, поляризованное перпендикулярно границе «графен — металл», заметно усиливается, а при определённом состоянии детектора (переход «графен — металл» управляется электрическим полем, примерно как это происходит в полевом транзисторе) сигнал перестаёт зависеть от поляризации – детектор как будто «снимает» поляризационные очки. Исследователи надеются, что эта идея поможет создать принципиально новые классы фотодетекторов для спектроскопии, скоростных оптоволоконных линий связи и в видеокамерах.
По материалам пресс-службы МФТИ.