Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.972 RSS
←   Март 2007   →
 1
 2
02.03.2007
05:45:37
15:16:07
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.972 подписчиков
+3 за неделю
←   Все выпуски   →

Электронную линзу Веселаго можно изготовить из графена


Откуда астрономы это знают?

Откуда астрономы это знают?

Как можно утверждать, например, что в двойной системе, удаленной от нас на 6 тысяч световых лет, вещество срывается с красной звезды, закручивается в тонкий диск и накапливается на поверхности белого карлика, предъявляя в качестве доказательства снимок, на котором не видны ни красная звезда, ни карлик, ни тем более диск, а наличествует лишь яркая точка в окружении еще нескольких таких же, разве что не столь ярких?

Статья доктора физико-математических наук Дмитрия Вибе

Электронную линзу Веселаго можно изготовить из графена

12.03.2007

Рис. 1. Преломление светового луча: a — нормальное, b — отрицательное, c — прямоугольный брусок, изготовленный из материала с отрицательным преломлением, фокусирует свет подобно выпуклой стеклянной линзе. (Рис. с сайта physicsweb.org)
Рис. 1. Преломление светового луча: a — нормальное, b — отрицательное, c — прямоугольный брусок, изготовленный из материала с отрицательным преломлением, фокусирует свет подобно выпуклой стеклянной линзе. (Рис. с сайта physicsweb.org)

Профессора физики Ланкастерского университета (Lancaster University, Великобритания) Владимир Фалько (Vladimir I. Falko) и Вадим Чеянов и профессор физики Колумбийского университета (Columbia University, Нью-Йорк, США) Борис Альтшулер (Boris Altshuler), работающий также в американском подразделении Исследовательской лаборатории NEC (NEC Laboratories America), выполнили теоретические расчеты и компьютерное моделирование, из которых вытекает возможность использования графена в качестве материала для изготовления электронных линз. Эта работа 2 марта появилась в журнале Science.

Графен состоит в тесном родстве с обычным графитом. Как известно, графит сложен из атомов углерода, упакованных в параллельные листы, внутри которых они образуют плоские шестиугольники. Химические связи между соседними листами довольно слабы, поэтому от графита при трении легко отслаиваются чешуйки, что и позволяет делать из него карандашные грифели и использовать для смазки трущихся поверхностей. Недавно исследователи нашли способы получать изолированные одноатомные слои, сложенные из углеродных шестиугольников. Так был создан новый материал, который и назвали графеном.

Графен — двумерная система с очень любопытными физическими свойствами. Эти свойства, в частности, проявляются при вхождении в графен пучка электронов. Согласно принципам квантовой механики, такой пучок, подобно световому импульсу, обладает как фазовой, так и групповой скоростью (первая определяет быстроту пространственного перемещения фазы волны, в данном случае электронной волновой функции, а вторая — скорость движения волнового пакета, которая в данном случае совпадает с классической скоростью электрона). В обычных веществах векторы обеих этих скоростей направлены в одну сторону. Однако симметрия электронных уровней графенового листа такова, что эти векторы при определенных условиях могут оказаться антипараллельными. В результате электронный луч при попадании в графен изменит не только величину угла с перпендикуляром к поверхности падения, как при нормальном преломлении, но и его знак. Такое преломл! ение называется отрицательным (на рис. 1 нормальному преломлению соответствует рисунок a, отрицательному — рисунок b).

Сорок лет назад советский физик Виктор Веселаго теоретически продемонстрировал, что прямоугольный брусок (плоскопараллельная пластинка), изготовленный из материала с отрицательным преломлением, будет фокусировать свет подобно выпуклой стеклянной линзе (см. рис. 1 c). Через три с лишним десятка лет англичанин Джон Пендри доказал, что такая пластинка будет в состоянии превзойти самую лучшую линзу по точности фокусировки. Как известно, пределы возможностей обычной линзы или комбинации линз ограничены длиной световой волны. Линза Веселаго, как ее теперь называют, может, в принципе, фокусировать свет и на меньших расстояниях, если только изготовить ее достаточно тщательно.

Рис. 2. Фокусировка электронов с помощью симметричного p-n-перехода. Слева: проходя через границу с показателем преломления -1, расходящийся из точечного источника пучок электронов вновь собирается в точку на том же расстоянии от границы. Справа: распределение плотности заряда в зоне фокусировки (компьютерная модель). Рис. из журнала Science
Рис. 2. Фокусировка электронов с помощью симметричного p-n-перехода. Слева: проходя через границу с показателем преломления –1, расходящийся из точечного источника пучок электронов вновь собирается в точку на том же расстоянии от границы. Справа: распределение плотности заряда в зоне фокусировки (компьютерная модель). Рис. из журнала Science

Чеянов и его коллеги предложили реализовать электронный аналог линзы Веселаго в виде графенового листа, помещенного между плоскими электродами, на один из которых подается положительное напряжение, а на другой — отрицательное. Положительный электрод создает со своей стороны избыток электронов, отрицательный — недостаток. В результате со стороны анода возникает электронная проводимость, со стороны катода — дырочная. Граница между ними образует точный аналог электронно-дырочных переходов (p-n-переходов), которые возникают при легировании проводников — внесении в них донорных и акцепторных примесей (первые создают электронную проводимость, а вторые — дыро! чную). Расчеты показывают, что в области такого перехода создаются условия для того, чтобы пучок электронов испытал преломление с показателем, равным минус единице. Если со стороны анода расположить точечный источник электронов, то при прохождении через графеновый лист посылаемые им частицы сфокусируются в облачко очень малого размера.

Пока что это устройство существует только в теории. Сейчас его могли бы изготовить лишь в пяти-шести лабораториях, технические сложности слишком велики. Компьютерное моделирование показывает, что даже при сверхнизких температурах это устройство, в отличие от идеальной линзы Веселаго, всё же не сможет осуществлять фокусировку на дистанциях, уступающих квантовомеханической длине волны электронов. Однако характерные длины электронных волн неизмеримо меньше длин волн видимого света (например, длина волны электрона с энергией всего лишь в 1 электронвольт примерно равна одному нанометру), так что фокусировка всё равно может быть достаточно жесткой. Будет ли построена такая линза — это вопрос к экспериментаторам.

Источник: Vadim V. Cheianov, Vladimir Fal'ko, B. L. Altshuler. The Focusing of Electron Flow and a Veselago Lens in Graphene p-n Junctions // Science. 2007. V. 315. P. 1252–1255.

См. также:
1) Дж. Пендри, Д. Смит. В поисках суперлинзы («В мире науки» №11, 2006).
2) И. Иванов. Суперлинзы становятся все реальнее, «Элементы», 20.10.2005.

Алексей Левин

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

07.03 Импульсивное поведение — признак предрасположенности к наркомании

Британские биологи показали, что крысы, отличающиеся импульсивным поведением, более склонны к употреблению наркотиков по сравнению со своими уравновешенными собратьями. У нервных крыс в прилежащем ядре — особом отделе мозга, отвечающем за эмоциональный контроль поведения, — значительно меньше рецепторов, реагирующих на «вещество удовольствия» дофамин.

07.03 Получен портрет самой главной лацертиды в гамма-лучах

С помощью наземного гамма-телескопа MAGIC впервые удалось увидеть в жестком гамма-диапазоне известное активное галактическое ядро — BL Ящерицы (BL Lac). Многие из объектов такого типа, названных в честь источника-прототипа лацертидами, уже были открыты в жестком гамма-диапазоне (на энергиях порядка ТэВ). Теперь наконец наступил черед самой BL Lac.

06.03 Обнаружено ископаемое животное, близкое к общим предкам моллюсков и кольчатых червей

Палеонтологи обнаружили на юго-западе Канады несколько отпечатков странного морского животного, жившего 505 млн лет назад. Животное сочетает в себе признаки двух известных ранее ископаемых групп — халькиериид и виваксиид. Находка позволила объединить все эти формы в единую группу хальваксиид, близкую к общим предкам моллюсков, кольчатых червей и брахиопод.

02.03 Самки морских котиков — хорошие матери и плохие жены

Морские котики — полигамные животные. Зрелый крупный самец удерживает вокруг себя на лежбище целый гарем самок. Однако тщательные исследования британских ученых показали, что самки котиков нередко изменяют своим повелителям и отправляются в путешествие по колонии в поисках потенциальных отцов для своих детенышей.

28.02 Лоскутное мироздание

Физики-теоретики из университета Северной Каролины в Чэпел-Хилле Лорис Баум и Пол Фрэмптон придумали новую и весьма экзотическую модель вечно пульсирующей Вселенной. Их работа 16 февраля появилась в журнале Physical Review Letters.

27.02 Голодание против старения

Американские ученые на примере мух дрозофил сравнили календарное и физиологическое старение в условиях урезанной диеты. Оказалось, что с возрастом ограничение в питании только снижает устойчивость организма по многим параметрам. Удивительно, что при общей пониженной сопротивляемости голодающие мухи в среднем всё же живут дольше.

26.02 3–4 марта 2007 года — полное лунное затмение

Все фазы мартовского затмения этого года будут доступны к западу от Тюменской области, где окончание полутеневого затмения произойдет при заходе Луны. К востоку заход Луны будет происходить в различных фазах затмения, а жители Приморья, Сахалина, Камчатки, Магаданской области и Чукотки не увидят затмения вовсе. В Москве теневое лунное затмение начнется через полчаса после полуночи.

22.02 Прочтен геном симбиотической бактерии из клеток гидротермального моллюска

Анализ генома бактерии, обитающей в клетках двустворчатого моллюска Calyptogena magnifica, показал, что этот микроб снабжает своего хозяина питательными веществами и витаминами, а также утилизирует отходы его жизнедеятельности. Хозяин, со своей стороны, исправно снабжает симбионта необходимыми ему сероводородом и кислородом.

22.02 Может ли китобойный промысел привести к исчезновению водорослевых лугов?

Несколько лет назад было отмечено стремительное сокращение популяции каланов вдоль побережья Аляски. Это вызвало невиданный всплеск численности морских ежей — основной пищи каланов. Морские ежи быстро свели на нет заросли ламинарии и других водорослей на обширных акваториях западной Аляски, что привело к экологической катастрофе.
В избранное