Исследователи из Научного центра Гельмгольца в Дрездене сообщили об открытии нового свойства графена, которое позволит создавать на основе этого материала лазеры, способные работать в самом широком спектре частот - от инфракрасного до терагерцового.

Как пишет журнал "Русская планета", Штеффан Виннерль из дрезденского Научного центра, его коллеги по лаборатории и несколько других физиков из Чехии и Франции открыли необычное свойство графена, которое невозможно объяснить при помощи современной физики, и нашли ему практическое применение, наблюдая за реакцией графена на лазерное излучение. Результаты работы коллектива ученых были опубликованы в журнале Nature Physics.

Исследователи обнаружили, что в листах графена можно найти так называемый эффект Оже, который, как считали раньше физики, в принципе не может возникать в двухмерных материалах, к которым относится и графен.

Этот эффект возникает в тех случаях, когда электрон в одной из внутренних электронных оболочек атома "сбивается" какой-то другой частицей - к примеру, фотоном высокой энергии или свободным электроном. Когда электрон вылетает со своей орбиты, на ней образуется "дырка", и в результате электронная оболочка атома теряет стабильность. Долгое время находится в таком состоянии атом не может, и один из его электронов, расположенных выше "дырки", заполняет ее, выделяя при этом энергию. Эта энергия поглощается одним из электронов во внешних оболочках атома, и он, в свою очередь, буквально катапультируется со своего места. При этом его скорость зависит не от физических свойств частицы, выбившей внутренний электрон, а от текущего устройства электронной оболочки атома.

По словам физиков, электроны, порождаемые благодаря эффекту Оже, как правило, обладают различной энергией и скоростью движения, поэтому их практически невозможно использовать для накачки лазера или в качестве основы лазера на свободных электронах, а при создании полупроводниковых лазеров на базе нанокристаллов с этим эффектом приходится бороться, так как он мешает их насыщению энергией.

Если же графен поместить в мощное магнитное поле, то проблема решится сама по себе. Из-за уникальной двумерной структуры графена электроны будут двигаться вокруг ядра атомов, а структура электронной оболочки будет намертво зафиксирована. При облучении графена лучом лазера или пучком заряженных частиц в нем возникнет целая семья из однотипных электронов, которые можно использовать для выработки лазерного импульса.

Исследователи считают, что этот эффект можно использовать для создания мощных лазеров, способных работать практически на любой частоте волны в инфракрасном и терагерцовом диапазонах электромагнитного излучения.

Издание напоминает, что инфракрасные лазеры широко используются в различных приборах, начиная от считывателей штрих-кодов в магазинах и заканчивая высокоскоростными системами передачи данных. В свою очередь терагерцовые излучатели, работающие при помощи графена, позволят создавать медицинские сканеры, системы безопасности для аэропортов, передачи информации и энергии на очень далекие расстояния.

Графен представляет собой углеродную пленку толщиной в один атом. Ее называют двумерной, потому что, в отличие от обычного трехмерного кристалла, положение каждого ее узла описывается не тремя, а только двумя координатами. Графен обладает высокой прочностью, прозрачен в силу своей чрезвычайно малой толщины и является прекрасным проводником электрического тока. Различные полезные свойства графена делают его очень привлекательным для использования в самых различных отраслях. Так, за последние месяцы графену нашлось потенциальное применение для создания водяных фильтров, специальных контактных линз, а также особых нитей, на основе которых можно будет изготавливать "умную" одежду.