Построена модель графеновой гиперлинзы

Неионизирующее терагерцевое излучение занимает область между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, не наносит вреда организму человека и легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами: дерево, пластик или ткань для него прозрачны, а металл и вода – нет.

Принято считать, что быстроразвивающиеся методики работы с этим излучением составят серьёзную конкуренцию традиционным подходам к спектроскопии и проектированию систем безопасности и биомедицинских приборов.

Терагерцевая частота, однако, соответствует довольно большой длине волны (1 ТГц отвечает 300 мкм), и при формировании изображений естественный дифракционный предел серьёзно ограничивает их качество.

Преодолеть его помогают искусственные материалы (метаматериалы) и созданные на их основе линзы – скажем, линзы с отрицательным показателем преломления, ещё в 2000 году рассмотренные английским теоретиком Джоном Пендри, или интересующие нас гиперлинзы.

Последние способны конвертировать исчезающие волны (которые несут подробную информацию об исследуемом объекте, но, в полном соответствии с названием, «исчезают» на небольшом расстоянии от него и не обнаруживаются традиционными линзами) в обычные распространяющиеся и увеличивать подробное изображение, чтобы его мог захватить микроскоп.

Для создания гиперлинзы необходим материал с целым набором не самых распространённых характеристик, причём знаки поперечной и продольной составляющих эффективной диэлектрической постоянной у него обязательно должны быть противоположны. Обычно метаматериалы с такими параметрами получают путём чередования диэлектрических и металлических слоёв нанометровой толщины (к примеру, для построения гиперлинзы, работающей в оптическом диапазоне, американским учёным понадобилось тридцать два 35-нанометровых слоя Al₂O₃ и Ag). Этот тип конструкции хорошо показал себя на практике, но при использовании металла о регулировке устройства после его изготовления приходится забыть.

Рис. 1. Элементарная ячейка графенового метаматериала и поведение двух составляющих эффективной диэлектрической постоянной при разных величинах W (иллюстрация авторов работы).

Некоторые характеристики графена, напротив, легко изменяются под действием магнитного или электростатического поля, что и привлекло авторов. Свой вариант гиперлинзы они хотят построить из однотипных диэлектрических элементов в форме прямоугольного параллелепипеда с размерами ax×ay×az = 0,2×0,05×1 мкм, в который будет введена графеновая полоска шириной W. Проведя расчёты для нескольких величин W, физики остановились на ширине полоски в 40 нм и рабочей частоте в 6 ТГц (длине волны в 50 мкм).

Моделирование работы трёхмерной гиперлинзы, составленной из таких блоков, показало, что она уверенно разрешает два источника, находящихся на расстоянии 10 мкм, пятикратно уступающем длине волны. Увеличение, которое даёт линза, зависит от её размеров и геометрии; вполне можно добиться того, чтобы на выходе дистанция между изображениями упомянутых точечных источников увеличивалась до сотни микрометров, доступной терагерцевым камерам.

Рис. 2. Гиперлинза увеличивает изображения двух источников. (Иллюстрация авторов работы).

Источник(и):

1. compulenta.ru

3D-транзистор решит проблему кремниевых компьютеров

Опубликовано 13 декабря, 2012 - 00:20

Новый тип транзистора, разработанный в Университете Пердью и Гарвардском университете, обещает в течение десятилетия решить проблему дальнейшей миниатюризации электроники.

Исследователи создали транзистор из трех крошечных нанопроводов, сделанных не из кремния, как обычные транзисторы, а из индий-галлий-арсенида. Три нанопровода создают коническую фигуру, напоминающую елку, и этого «новогоднего подарка» производители электроники ждут уже давно.

Новейшее поколение кремниевых чипов, появившееся в этом году, содержит транзисторы с вертикальной 3D-структурой вместо обычного плоского дизайна. Однако кремний обеспечивает ограниченную подвижность электронов и для дальнейшего прогресса необходимы материалы, которые позволят потокам электронов двигаться быстрее. Это в разы повысит быстродействие и энергоэффективность компьютеров.

Индий-галлий-арсенид является одним из нескольких перспективных полупроводников, которые могли бы заменить кремний. Такие материалы называются полупроводники-III-V, поскольку они сочетают в себе элементы третьей и пятой групп периодической таблицы.

Транзисторы имеют важную деталь под названием ворота, которая позволяет транзисторам включаться и выключаться, управляя электрическим током. Чем меньше ворота, тем быстрее транзистор и, соответственно, компьютер. Современные транзисторы имеют ворота длиной около 22 нанометров. Инженеры работают над созданием транзисторов с воротами длиной 14 нанометра: ожидается, что они будут готовы к 2015 году, а 10-нм – к 2018 году.

К сожалению, расчеты показывают, что размеры менее 10 нм на кремниевой основе недостижим и для электроники будущего придется искать новые материалы для проводников и диэлектриков.

Нанопровода в новом типе транзистора покрыты различными типами композитных изоляторов: 4-нм слоем алюмината лантана с ультратонким 0,5-нм слоем оксида алюминия.

Новый сверхтонкий диэлектрик позволил ученым создать транзистор на основе индий-галлий-арсенида, который потенциально может перейти важный рубеж в 10 нм. Пока прототип нового транзистора имеет 20-нм ворота, что само по себе превосходит современные технологии. Новый транзистор работает в 2,5 раза быстрее кремниевых и питается низким напряжением – всего 0,5 В. Надо отметить, что исследование частично финансирует компания Intel.

Источник(и):

1. cnews.ru