МОСКВА, 11 октября. /ТАСС/. Физики из России, Сингапура и Армении выяснили, что многослойные конструкции из графена и нитрида бора представляют собой квантовый аналог термопары, в которой электрический ток возникает при «нагреве» электронов инфракрасным излучением. Этот эффект можно использовать для создания нового класса инфракрасных камер, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
«Хотя аналогичные туннельные структуры уже изготавливали за рубежом, мы впервые применили ее в качестве инфракрасного фотодетектора. Мы выяснили, что созданная нами структура представляет собой целый клад для создания различных оптоэлектронных устройств среднего ИК-диапазона. Мы уже готовим следующую публикацию», — заявил научный сотрудник МФТИ (Долгопрудный) Дмитрий Мыльников, чьи слова приводит центр научной коммуникации вуза.
Исследователи пришли к такому выводу в ходе экспериментов с многослойными двумерными конструкциями, состоящими из двух слоев графена, разделенных прослойкой из нитрида бора. Подобные структуры, которые физики называют двумерными резонансно-туннельными диодами, длительное время рассматриваются в качестве основы для генераторов сверхвысокочастотных сигналов, а также различных компонентов электроники.
Российские и зарубежные физики обратили внимание на то, что боросодержащая прослойка в этих структурах в теории должна активно поглощать инфракрасное излучение. Это натолкнуло их на мысль, что подобные гетероструктуры можно использовать в качестве основы для датчиков ИК-волн и инфракрасных камер. Руководствуясь этой идеей, исследователи собрали «бутерброд» из листов графена и нитрида бора и всесторонне изучили его взаимодействия с ИК-излучением.
Эти опыты подтвердили гипотезу ученых и неожиданно показали, что облучение созданной ими конструкции при помощи инфракрасного лазера приводило к появлению фототока подобно тому, как он возникает при воздействии видимого света на солнечные батареи. Эта уникальная черта структур из графена и нитрида бора сама по себе позволяет использовать их в качестве датчиков ИК-волн, а также для решения других важных практических задач.
Этот эффект, как показали последующие опыты с гетероструктурами, возникал в результате того, что многослойная конструкция из графена и нитрида бора является квантовым аналогом термопары — структуры из двух разнородных проводников, в которой возникает электрический ток при наличии существенной разницы в температуре контактов. В этом случае подобная разница в температуре возникает в результате того, что ИК-излучение значительно сильнее «прогревает» электроны в верхнем слое гетероструктуры, чем в ее нижних прослойках.
В результате этого меняется вероятность того, что электроны смогут «перепрыгнуть» из одной прослойки графена в другую посредством квантового туннелирования, что и порождает фототок при облучении ИК-лазером структуры из графена и нитрида бора. Необычное свойство гетероструктур из двумерных материалов, как заключают ученые, можно использовать для создания высокочувствительных термометров, инфракрасных камер среднего диапазона и большого числа других приборов.
