Фото: архив ТАСС«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 Московского физико-технического института (г. Долгопрудный) Дмитрий Мыльников.
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 взаимодействие с ИК-излучением.
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.
