Открыта способность графена усиливать световой поток

Адъюнкт-профессор факультета физики и астрономии Джиган Ванг (Jigang Wang) и возглавляемая им группа в Айовском университете открыли неизвестные ранее свойства гексагональных монослоев углерода, имеющие многообещающие перспективы применения в лазерной технике и оптических коммуникациях.

Группа Ванга работала с высококачественными графеновыми пленками, выращенными в лабораториях Эймса (Ames Laboratory). Исследователи облучали материал сверхбыстрым лазером, возбуждая электроны короткими импульсами света длительностью всего 35 фемтосекунд. Как показали измерения, при превышении энергией импульса накачки порогового значения оптическое поглощение графеновых слоев изменилось с позитивного на негативное — материал стал усиливать свет.

Причиной этого оказалось аномальное возбужденное состояние графена, характеризующееся широкополосной инверсией населенности электронами энергетических состояний. В нормальных условиях, большинство электронов населяет состояния с низкой энергией и лишь немногие занимают верхние уровни. В графене наблюдалась обратная ситуация — большинство электронов заполняло высокоэнергетичные уровни. Подобное явление встречается в природе очень редко и вызывает весьма необычные эффекты. В данном случае оно приводит к усилению света в широком диапазоне частот инфракрасного и видимого диапазонов.

Излучаемый графеном свет усиливается примерно на один процент, что эквивалентно приросту, обеспечиваемому обычными полупроводниковыми усилителями, толщиной в сотни раз больше одноатомнымного слоя углерода.

По мнению Ванга, это явление может найти применение в широкополосных оптических усилителях или быстродействующих модуляторах для телекоммуникаций, а, возможно, привести к созданию графеновых лазеров.

Результаты работы освещены в статье, появившейся в апрельском выпуске журнала Physical Review Letters.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI