Лазер научили создавать запрещенные области в графене

Физики из Национального университета Кордовы (Аргентина) и Каталонского института нанотехнологий (Испания) разработали теоретическую модель взаимодействия лазерного поля с электронами в графене.

Модель понадобилась учёным для поиска практичных способов создания запрещённой зоны. «Такая зона — протяжённая энергетическая область, в которой нет доступных электронных состояний, — существует в полупроводниках, — поясняет участник исследования Луис Фоа Торрес (Luis Foa Torres). — Можно сказать, что плотность носителей заряда там равна нулю. У бесщелевых полупроводников, к которым относится графен, плотность электронных состояний принимает нулевое значение в одной [дираковской] точке. Поэтому немодифицированный графен невозможно «выключить» — невозможно задать проводящее и непроводящее состояние и реализовать логические операции».

Ранее возможность использования лазера для расширения запрещённой зоны рассматривалась на примере излучения дальней ИК-области спектра и видимого света. Вычисления показали, что искомые зоны действительно должны появляться, но добиться этого на практике будет непросто: во втором случае заметный эффект, к примеру, давало бы только излучение с интенсивностью выше 1 Вт/мкм².

Авторы смоделировали более перспективный вариант лазера, работающего в средней ИК-области на длине волны в 5–10 мкм. Как выяснилось, его мощность можно будет снизить, поскольку эффект становится значимым при меньшей интенсивности (в расчётах использовались значения 32 и 130 мВт/мкм²). Модель также предсказывает, что запрещённые зоны можно модифицировать путём изменения поляризации излучения.

«Мы очень тщательно просчитали все необходимые рабочие параметры лазера, чтобы наши предположения легко проверялись на опыте, — говорит г-н Фоа Торрес. — Этим вопросом уже заинтересовались научные группы из США и Испании».

Полная версия отчёта опубликована в журнале Applied Physics Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.