Физики разработали подход для более активного поглощения света графеном

МОСКВА, 28 февраля. /ТАСС/. Физики из России обнаружили, что соединение графена с другим двумерным материалом, гексагональным нитридом бора, заставляет графен активнее взаимодействовать с частицами света. Это позволит использовать эту форму углерода для создания новых типов фотонных устройств, сообщила во вторник пресс-служба Минобрнауки России.

"В данной работе при помощи метода сухого переноса были получены структуры из графена и гексагонального нитрида бора, а также графена, кремния и двуокиси кремния. Затем мы изучили оптические свойства этих структур различными экспериментальными методами, которые показали, что в случае подложки из гексагонального нитрида бора графен поглощает значительно более высокое количество света", - заявил научный сотрудник центра фотоники и двумерных материалов МФТИ (Долгопрудный) Георгий Ермолаев, чьи слова приводит пресс-служба Минобрнауки.

Графен - одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Нобелевская премия 2010 года по физике была присуждена Константину Новоселову и Андрею Гейму, выходцам из России, работающим в Великобритании, за получение и изучение первых образцов графена.

Эксперименты показали, что графен обладает не только рядом уникальных полезных свойств, отсутствующих у других форм углерода, но и некоторыми характеристиками, мешающими его применению на практике. В частности, чистый графен относительно слабо взаимодействует с частицами света, что мешает использовать его для создания различных высокоэффективных оптических датчиков и фотоэлементов.

Улучшение свойств графена

Ермолаев и его коллеги обнаружили, что светопоглощающие способности графена можно усилить, если использовать в качестве подложки для этого двумерного материала еще одну подобную субстанцию, гексагональный нитрид бора. Он представляет собой плоский материал, состоящий из атомов бора и азота, выложенных в шестиугольную решетку, похожую по устройству на "пчелиные соты" графена.

Ученые обнаружили, что соседство слоев из графена и гексагонального нитрида бора приводит к тому, что двумерный слой из углерода начинает поглощать на 60% больше частиц света в широком диапазоне длин волн, от 250 до 950 нанометров. Этого, по словам физиков, не происходит при нанесении графена на подложку из кремния и двуокиси кремния, которые традиционно применяются в исследованиях оптических свойств материалов.

Как предполагают исследователи, усиление светопоглощающих свойств графена в подобной многослойной структуре связано с тем, что его соседство со слоями гексагонального нитрида бора меняет характер распределения и взаимодействий между электронами внутри двумерных листов углеродного материала. Это в целом соответствует результатам расчетов некоторых теоретиков, выдвигавших в прошлом идею изучения оптических свойств структур из графена и нитрида бора.

По словам Ермолаева и его коллег, их открытие говорит о целесообразности замены классических кремниевых и кварцевых подложек, применяемых при разработке фотонных устройств на базе графена, на структуры из гексагонального нитрида бора. Это повысит эффективность работы таких приборов и позволит более широко применять их на практике, подытожили исследователи.