Обнаружено новое хиральное свойство кремния: фотонные приложения

Инженеры и физики Пенсильванского университета открыли свойство кремния, сочетающее в себе все эти желательные качества.В исследовании, опубликованном в журнале Science, они продемонстрировали фотонное устройство на основе кремния, которое чувствительно к вращению фотонов в лазере, освещенном на одном из его электродов. Свет, поляризованный по часовой стрелке, заставляет ток течь в одном направлении, а свет, поляризованный против часовой стрелки, заставляет его течь в другом направлении.

Это свойство пряталось у всех на виду; это функция геометрического соотношения между узором атомов на поверхности кремниевых нанопроволок и тем, как электроды, размещенные на этих проводах, пересекают их. Взаимодействие между полупроводниковым кремнием и металлическими электродами создает электрическое поле под углом, который нарушает зеркальную симметрию, которую обычно проявляет кремний. Это хиральное свойство — это то, что отправляет электроны в одном или другом направлении по нанопроволоке в зависимости от полярности света, попадающего на электроды.

Исследование возглавляли Ритеш Агарвал, профессор кафедры материаловедения и инженерии Школы инженерии и прикладных наук Пенсильвании, и Саджал Дхара, научный сотрудник лаборатории Агарвала. Они сотрудничали с Юджином Меле, профессором кафедры физики и астрономии Школы искусств Пенна. Наук.«Всякий раз, когда вы меняете симметрию, вы можете делать что-то новое», — сказал Агарвал. «В этом случае мы продемонстрировали, как сделать фотодетектор чувствительным к спину фотона.

Всем фотонным компьютерам нужны фотодетекторы, но в настоящее время они используют только количество фотонов для кодирования информации. Такая чувствительность к спину фотона была бы дополнительной степенью свободы. , что означает, что вы можете закодировать дополнительную информацию о каждом фотоне.

«Обычно материалы с тяжелыми элементами проявляют это свойство из-за того, что их спины сильно взаимодействуют с орбитальным движением электрона, но мы продемонстрировали этот эффект на поверхности кремния, возникающий только из-за орбитального движения электрона».Агарвал и Дхара обратились к Меле из-за его работы над топологическими изоляторами.

Он вместе с коллегой-физиком из Пенсильвании Чарльзом Кейном заложил основу для этого нового класса материалов, которые являются электрическими изоляторами внутри, но проводят электричество на своих поверхностях.Группа Агарвала работала над различными материалами, демонстрирующими топологические эффекты, но для проверки их методов Меле предложил попробовать свои эксперименты и с кремнием. Считалось, что кремний как легкий, высокосимметричный материал не может проявлять эти свойства.

«Мы ожидали, что контрольный эксперимент даст нулевой результат, вместо этого мы открыли что-то новое о наноматериалах», — сказал Меле.Кремний — это сердце компьютерной индустрии, поэтому поиск способов создания эффектов такого типа в этом элементе предпочтительнее, чем научиться работать с более тяжелыми и редкими элементами, которые естественным образом их проявляют.

Когда стало ясно, что кремний может обладать хиральными свойствами, исследователи приступили к выяснению атомных механизмов, лежащих в основе этого.«Эффект исходил от поверхности нанопроволоки», — сказал Дхара. «Как выращивают большинство кремниевых нанопроволок, атомы связаны зигзагообразными цепочками, которые проходят вдоль поверхности, а не в проволоку».Эти зигзагообразные узоры таковы, что размещение зеркала поверх них дает изображение, которое может быть наложено на оригинал.

Вот почему кремний не является хиральным по своей природе. Однако, когда металлические электроды размещаются на проволоке перпендикулярно, они пересекают направление цепей под небольшим углом.

«Когда у вас есть металл и любой полупроводник в контакте, вы получите электрическое поле на границе раздела, и именно это поле нарушает зеркальную симметрию в кремниевых цепочках», — сказал Дхара.Поскольку направление электрического поля не точно совпадает с направлением зигзагообразных цепочек, есть углы, при которых кремний несимметричен.

Это означает, что он может проявлять хиральные свойства. Если светить лазером с круговой поляризацией в точке на нанопроволоке, где встречаются металл и полупроводник, возникает ток, и вращение фотонов в этом лазере определяет направление потока тока.

Дхара и Агарвал в настоящее время работают над способами получения плоского кремния, демонстрирующего эти свойства, используя тот же механизм.


11 комментариев к “Обнаружено новое хиральное свойство кремния: фотонные приложения”

  1. Снегирёва Валентина

    — А, доцент, я тебе говорил что я завязал? — Говорил. — Говорил что с лестницы спущу? — Говорил? — Да, говорил, вот теперь не обижайся! (с)

  2. Капустина Екатерина Мироновна

    Ну теперь заживут))) вы на его харю гляньте — сразу видно,что оно как и все упоротые ватники — из *крепкой породы*,деревянные )))

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.