Новини: Прест

графен

прест

може

прест

може

графен

може

графен

PersT Дайджест

на вашата страница -->
Tweet

Рязане с графен

Една от отличителните черти на графена е силната чувствителност на неговата електронна лентова структура към изкривявания на кристалната структура, например към огъване. В препринт [1] беше показано, че чрез огъване на графен под различни ъгли спрямо осите на шестоъгълната решетка е възможно да се промени взаимното положение на валентната и проводящата лента, така че те да започнат да се припокриват, макар и при различни стойности на импулса на електрона в двете ленти. Това отваря пътя към производството на доста сложни наноелектронни вериги чрез формиране на подходящо подредени гънки и разрези върху графенов монослой, тоест буквално чрез „разрязване“ на графен като обикновена тъкан. В допълнение, извитите ръбове на графена представляват области с повишена химическа активност, която е необходима за функционализирането на графена. Многослоен извит графен може да се използва за интеркалиране на различни съединения в него. Един от начините за целенасочено „отрязване“ на графен е да се отложи върху гофриран метален субстрат и да се гравира. Ако се научим да „шием“ парчета графен заедно, тогава ще бъде възможно да организираме кръгове за нанорязане и шиене.

Адаптирано от бележката “Carbon tailoring” [P.Ball, Nature Mater.10, 86 (2011)]

Получаване на фемтосекундни лазерни импулси с помощта на графен

Наред с изключителните електронни, механични и сорбционни свойства, които отварят пътя за развитие на много приложни области, графените имат и забележителни оптични свойства.характеристики, които позволяват създаването на нови оптични инструменти и устройства на тяхна основа. По този начин нелинейният характер на поглъщането на светлина от графени, който се проявява в зависимостта на коефициента на поглъщане от интензитета на радиацията, позволява да се създадат наситени абсорбери, способни да съкратят продължителността на импулсите на лазерното излъчване. Пример за такова устройство беше демонстриран от група изследователи от Univ. от Кеймбридж (Англия) [1], който получи лазерни импулси с продължителност по-малка от 200 fs, използвайки наситен абсорбер на базата на графен. Графеновите листове са получени чрез ексфолиране на кристален графит в резултат на свръхзвукова обработка на суспензия на базата на повърхностно активно вещество (натриев деоксихолат). След това суспензия, съдържаща еднослойни графени и графени с малък брой слоеве, се излива с воден разтвор на поливинил алкохол (PVA). След изпаряване на водата се получава композитен материал графен-PVA. Резултатите от измерването на спектрите на абсорбция на този композит и чист графен показват, че въвеждането на графенови листове в PVA матрицата не променя оптичните свойства на графена.

За измерване на нелинейните оптични характеристики на композита графен-PVA използвахме вълноводен лазер със стъклени влакна, легиран с ербий, работещ в режим на къс импулс (450 fs) при дължина на вълната 980 nm при максимална плътност на мощността на излъчване на импулс от 337 MW/cm2. Средната мощност на помпата е 5,15 mW. Резултатите от измерванията на зависимостта на пропускливостта на композитния филм от интензитета на лазерното лъчение са показани на фиг. 1. Наблюдаваното увеличение на пропускливостта с увеличаване на интензитета на лазерното облъчване е свързано с ефекта на насищане на абсорбиращия преход, който е придружен от избелване на абсорбиращияфилми. Тази функция прави възможно използването на абсорбиращ филм за съкращаване на импулсите на лазерното лъчение.

Схемата на устройството за генериране на фемтосекундни лазерни импулси е показана на фиг. 1. 2. Като усилваща среда се използва оптично влакно с дължина 1,25 m, силно легирано с ербий и изпомпвано от диоден лазер (λ = 980 nm). Наблюдава се CW генериране на лазерно лъчение при дължина на вълната λ = 1560 nm при мощност на помпата над 18 mW. Заключването на режима с образуването на единични импулси се извършва при мощност на помпата над 25 mW. В този случай изходната мощност на лазерното лъчение в непрекъснат режим е 1,2 mW, а в моноимпулсен режим пиковата интензивност е 282 MW/cm2 при импулсна енергия 44 pJ. Спектралната ширина на импулса е Δλ = 15,6 nm, а продължителността на импулса е 174 fs. По този начин използването на наситен абсорбер на базата на графен позволява значително да се намали продължителността на импулса на лазерно излъчване на оптични влакна.

1. D. Popa et al., Appl. Phys. Lett.97, 203106 (2010).

Памет в твърдо състояние за заплетени фотони

Адаптирано от „Entanglement on ice“ [J.Longdell, Nature469, 475 (2011)]

1. C. Clausen et al., Nature469, 508 (2011).

2. E. Saglameurek et al., Nature469, 512 (2011).

Солотроника

Чувствителността на електронните, оптичните и магнитните свойства на полупроводниците към добавките е в основата на работата на много полупроводникови устройства. Обикновено характеристиките на тези устройства се определят от концентрацията на примеси, която в най-чистите проби от силиций и германий е

На първо място, трябва да се каже, че ядреният спин, електронният спин или зарядът на отделен примес могат да бъдатизползване в квантовата информатика за физическо внедряване на кубити. В допълнение, изолираните примеси (NV центрове в диамант, Te атоми в ZnSe, двойки N атоми в GaAs) се считат за обещаващи източници на фотони за системи за квантово разпределение на ключове. Основният проблем тук е необходимостта от строг контрол на позицията на примеса в устройството, тъй като местната твърда среда оказва силно влияние върху него.

Квантовите компютри са бъдещето. Но дори и в съвременната електроника се обръща голямо внимание не само на средната концентрация на примеси, но и на тяхното специфично разпределение в активната област. Например, праговото напрежение на MOSFET транзистор може да бъде удвоено само чрез нареждане на подреждането на примесите в канала (фиг. 3).

Разработени са различни техники за наблюдение на единични примеси, включително оптична спектроскопия с висока разделителна способност, сканираща тунелна микроскопия (STM), трансмисионна електронна микроскопия и т.н. (фиг. 4). Вече е постигната разделителна способност от 0,2 nm. Завъртанията на магнитните примеси могат да се контролират, например, с помощта на локален електронен спинов резонанс, като се използва накрайник на сканираща сонда.

Най-важната задача е да се моделират състояния на примеси (фиг. 5). Сега за това се използват различни методи - от най-простото приближение на ефективната маса до теорията на функционала на плътността. Тук експериментът все още изостава от изчисленията.

Основната цел на солотрониката е контролираното производство на устройства с единични примеси. Засега йонната имплантация изглежда най-обещаваща за тези цели. Примесът може да бъде изолиран от околната среда, като се постави в квантова яма или квантова точка (като правило това се прави на етапа на растеж). За настаняване на примесни атомив даден ред и създаването на достатъчно сложни структури от тях, можете да използвате STM.

За да се йонизира единичен примес, е необходим наномащабен електрод и това вече е демонстрирано експериментално. Тук интерес представлява не само самата йонизация, но и предшестващият я ефект от намаляване на енергията на свързване на примесен електрон в електрическо поле, както и промяна във вълновата функция на този електрон в поле.

Какъв вид устройства и за какви цели могат да бъдат конструирани от един примес? Най-общо казано, всичко, което сега се обсъжда за квантовите точки. В допълнение към вече споменатата квантова информатика се предполага, че се използват самотни примеси, например в еднофотонни източници. В този случай възпроизводимостта на устройствата с единични примеси трябва да бъде значително по-висока от тази на техните прототипи с квантови точки. Solotronics тъкмо започва да работи...

1. P.M. Koenraad, M.E. Flatte, Nature Mater.10, 91 (2011).

Диелектрик с проводима повърхност

В заключение би било полезно да се отбележи, че през последните години се наблюдава тенденция към опростяване (меко казано) на методите за производство на наноструктури. Тонът тук беше даден от имигранти от България, които откъснаха графен от графит с обикновена самозалепваща лента (загуба на изобретение е хитро?), И сега „местните чужденци“ разбраха, че в търсене на ново не трябва да разчитате само на скъпо модерно оборудване, но би било хубаво да използвате и мозъка си ...

1. A. F. Santander-Syro et al., Nature469, 189 (2011).

Бърза дезинфекция на вода с помощта на наноструктури

Дезинфекцията (премахване на вируси, бактерии и други патогени) е един от най-важните етапи на пречистване на вода, а не само за пиене или използване за битови нужди. Натрупване на различни форми на бактерии вводоснабдителни системи причинява биологично замърсяване на почистващи филтри и друго оборудване. Разбира се, има както химически, така и физически методи за дезинфекция, но по правило те са или енергоемки, или почистването с тяхна помощ отнема много време. Учени от Станфордския университет. (САЩ) разработиха напълно нов подход за създаване на евтина и високоскоростна система [1]. Както и за отстраняването на други видове замърсители от водата (вижте PersT [2]), наноструктурите са помогнали. Памук, сребърни нанопроводници (AgNW) и въглеродни нанотръби (CNT) бяха използвани в тристепенна (по размер на влакното) система (фиг. 7)

Ефективността на устройството е тествана в диапазона на напрежението от -20 до +20 V. За сравнение е използван контролен филтър от памук и CNT, но без AgNW. Както се вижда на фиг. 4, при +20 V филтърът с AgNW дезактивира 77% от бактериите, при -20 V - 89% (освен това ефективността може да бъде увеличена до 98%, ако се използват 3 филтъра последователно). Контролният филтър работи много по-зле. При 0 V и двата филтъра са неефективни.

Работата също е интересна, защото използването на необичайна основа за наноматериали - памук - ви позволява да преминете от тънкослойни устройства към обемни и по този начин да разширите възможностите на нанотехнологиите.

1. D.T. Schoen et al., Nano Lett.10,3628 (2010).

3. O.Akhavan, E.Ghaderi, Sci.Technol. адв. матер.10, 015003 (2009).

Въглеродна нанотръба - контейнер за противоракови лекарства

1. U. Arsawang et al., J. Mol. графика. Модел.29, 591 (2011).

Акробат се върти на лед

Добре известно е, че атомите, разположени на повърхността на твърдо вещество или течност, са в специално положение спрямо атомите в обема на същото вещество. Физическото отражение на товафакт е наличието на полета, които нарушават централната симетрия. В магнитните материали това може да бъде силно нехомогенно магнитно поле; в диамагнитните материали може да бъде електрическо поле. Последният може да достигне гигантски стойности от 10 10 -10 11 V/m и е локализиран в моноатомен слой. Той стимулира процеси, чиято вероятност при нормални условия е малка. По този начин трансформацията на орто-водородни молекули със спин 1 в пара-молекули със спин 0 се ускорява значително в молекули, адсорбирани върху ледената повърхност [1].

Експериментални изследвания в ултрависок вакуум при ниски температури чрез десорбционна спектроскопия показват, че броят на водородните ортомолекули, адсорбирани на повърхността на аморфен лед, намалява с времето, докато броят на парамолекулите се увеличава. Измерените стойности на характерните времена на трансформация за молекулите на водорода са стотици, а за молекулите на деутерий - хиляди секунди.

По този начин повърхността на аморфния лед служи като катализатор за преобразуване на спина чрез електрическото поле, генерирано от повърхностните атоми. Тази концепция може впоследствие да направи възможно контролирането на намагнитването на ядрата с помощта на външно електрическо поле. Освен това, тъй като ледът може да бъде открит дори в междузвездното пространство, този ефект може да направи значителни корекции в интерпретацията на данните за относителното изобилие на орто- и параводородни модификации в междузвездните молекулярни облаци, което е важен параметър при изследването на процесите на звездообразуване.