Содержание |
2024: Структуры из слоистых материалов для нанофотоники представят ученые МФТИ
Международная команда ученых из МФТИ и Университета Менуфия (Египет) приступили к разработке элементной базы для фотонных интегральных схем на основе ван-дер-ваальсовых материалов. Инновационные подходы помогут улучшить оптические свойства и функциональность устройств нанофотоники, а также разработать новые устройства для интегральной оптики. Об этом МФТИ сообщил 5 августа 2024 года.
Проект «Новые двумерные и ван-дер-ваальсовые материалы: свойства и перспективные применения» — междисциплинарное исследование, объединяющее такие направления, как материаловедение, инженерия, технологии изготовления и переноса наноразмерных образцов, полученных из слоистых материалов, а также из искусственных систем, создаваемых с использованием ван-дер-ваальсовых гетероструктур. Основным результатом проекта станет создание новой элементной базы для нанофотоники, например, многофункциональных метаповерхностей, наноразмерных волноводов и резонансных структур для интегрированной фотоники на основе ван-дер-ваальсовых материалов.
Научный руководитель со стороны МФТИ — ведущий научный сотрудник-заведующий лабораторией контролируемых оптических наноструктур Сергей Новиков. Курировать работу исследовательской группы в Университете Менуфия будет профессор радиационной физики и материаловедения Ясир С. Рамма. Исследования финансируются за счет гранта Минобрнауки на проведение научных исследований совместно с организациями стран Африки. Всего же, проект объединит усилия 30 научных сотрудников.
Российская сторона берет на себя часть работы, которая связана с проверкой полученных в ходе теоретических исследований в университете Менуфия результатов. Такой подход позволит оптимизировать процесс разработки новых перспективных устройств на основе ван-дер-ваальсовых материалов.
 | Синергия заключается в том, что Физтех обладает экспертизой в области и фабрикации, и последующего экспериментального исследования структур, которые обладают определенной перспективой в нанофотонике. На стороне Египта, соответственно, находится выполнение теоретической части исследования. Сам проект посвящен новым подходам в области нетрадиционных полупроводниковых материалов на основе слоистых структур. Все слышали про двумерный материал – это графен. Но это лишь капля в море, это одно из наименований среди широкого класса материалов. Среди них также существуют такие материалы, как дихалькогениды переходных металлов, которые тоже обладают рядом интересных свойств. Основное же свойство, которое определяет уникальность двумерных материалов - это атомарная толщина этих структур, — уточнил директор Центра фотоники и двумерных материалов Алексей Большаков. |  |
Новизна проекта заключается в концепции создания высокоиндексных частиц и резонансных структур на основе слоистых материалов для достижения высокой локализации оптического излучения. Особый интерес представляет создание волноводов для высокоэффективной передачи света и его пространственной локализации. Эти инновационные подходы помогут улучшить оптические свойства и функциональность устройств нанофотоники, а также разработать новые устройства для интегральной оптики.
Грантовый проект «Новые двумерные и ван-дер-ваальсовые материалы: свойства и перспективные применения» будет реализовываться в течение следующих двух лет. Общая сумма финансирования составит 20 млн рублей.
2023
В России создали наноразмерное оптоволокно для компьютеров будущего
В России создали наноразмерное оптоволокно для компьютеров будущего. Об этом проекте в начале июля 2023 года рассказали в МФТИ. Подробнее здесь.
Российские ученые изучили оптические свойства материала, который может стать основой разработок в области нанофотоники
Физики из МФТИ изучили оптические свойства нитрида бора (незаменимого компонента для двумерных материалов) и обнаружили, что он обладает оптимальным показателем преломления в ультрафиолетовом свете. Это значит, что материал может стать основой разработок в области нанофотоники, в частности заменить электронные компоненты в интегральных схемах компьютеров. Для демонстрации практического применения нитрида бора ученые сконструировали нанометровый волновод, показавший оптимальную эффективность. Работа опубликована в журнале Materials Horizons. Об этом 5 июня 2023 года сообщили представители МФТИ.
Как сообщалось, фотонные устройства передают информацию с помощью фотонов и в скором времени могут заменить электронные, поскольку свет перемещается гораздо быстрее электронов, а при распространении сигнала в этом случае нет потерь и нагрева из-за сопротивления материала проводника. Однако минимальный размер фотонных элементов ограничен длиной волны проходящего света. Для создания нанометровых устройств необходимо использовать материалы, пропускающие ультрафиолетовые волны, длина которых менее 300 нанометров. Более того, материал должен обладать оптимальным показателем преломления, чтобы еще больше сжать волну, и быть доступным: недорогим и простым в производстве. Физики из МФТИ ищут соединения, которые удовлетворяют всем указанным условиям.
| | Показатель преломления очень важен в фотонике. Чем он выше у материала, тем выше эффективность устройств, сделанных из него, тем проще управлять светом. Благодаря этому активно развивается целое направление исследований — высокорефрактивные материалы. рассказал Георгий Ермолаев, научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ | |
В последней работе ученые Физтеха исследовали оптические свойства гексагонального нитрида бора hBN и обнаружили, что он обладает оптимальным показателем преломления в ультрафиолетовой области. Также физики разработали на основе нитрида бора оптические элементы: нанометровый волновод и хиральное зеркало.
Несмотря на применение материала в двумерной нанофотонике и оптоэлектронике, его оптические свойства изучались в достаточно узком диапазоне длин волн. Отчасти это связано с небольшим размером образцов нитрида бора, что затрудняет экспериментальные измерения. Физики из МФТИ смогли определить показатель преломления и анизотропии вещества в широком диапазоне от 250 до 1700 нанометров с помощью эллипсометрии и сканирующей оптической микроскопии. Максимальное значение показателя преломления в ультрафиолетовом свете на длине 250 нанометров составило 2,75, что позволяет создавать фотонные элементы порядка десятков нанометров. Столь миниатюрные устройства можно использовать в фотонных интегральных схемах компьютеров вместо электронных компонент.
Чтобы показать практические возможности нитрида бора, физики сконструировали 40-нанометровый волновод — канал, переносящий свет. Компьютерное моделирование показало, что свет в волноводе распространяется практически без оптических потерь, не затухая. Также ученые создали из нитрида бора модель хирального зеркала — устройства, которое отражает закрученный в одну сторону поляризованный свет и пропускает свет, закрученный в другую. Зеркало поможет отличать биомолекулы, имеющие одинаковый состав и строение, но несимметричные. Например, такой прибор нужен в фармакологии, поскольку описанные хиральные молекулы могут обладать различными свойствами.
Низкие оптические потери, оптимальный показатель анизотропии и преломления в ультрафиолетовом свете делают нитрид бора перспективным материалом для создания нанофотонных устройств.
| | Ультрафиолетовая нанофотоника в 2023 году только зарождается: нужно уменьшать длину волны света, чтобы уменьшать размеры фотонных устройств. Мы показали, что нитрид бора — подходящая платформа для этого, так как, помимо оптимального показателя преломления, у него еще и оптическая анизотропия, которая также увеличивает его эффективность. А низкие оптические потери позволяют передавать информацию на большие расстояния практически без затухания. Мы нашли наконец-то мостик, который бы позволил перейти от электроники к фотонике, то есть использовать преимущества фотона по сравнению с электроном. На июнь 2023 года работаем над тем, чтобы уже в реальной фотонной интегральной схеме показать эти возможности. прокомментировал Георгий Ермолаев | |
Смотрите также
- Нанотрубки
- Нанопружины
- Нанорешетки
- Нанокристаллы
- Наночастицы в медицине
- Нановолокна в медицине
- Нано-пленки нитрида бора
