Прикладная физика

Рассмотрены перспективы применения однослойного графена при конструировании оптико-акустических преобразователей (ОАП) нового поколения. Показано, что предельные характеристики преобразователей с мембранами из однослойного графена могут быть получены только в ОАП, построенных по схеме Хейса. Рассмотрены основные характеристики мембран – основных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена, как наиболее предпочтительного материала для мембран. Проведены оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создавать приемники ИК- и ТГц-излучения с ячейками порядка десятков микрон, имеющими предельно высокую чувствительность. Для достижения предельной чув-ствительности предложено выполнение краевой перфорации графеновых мембран. Предложена новая конструктивная схема неохлаждаемых гелий-графеновых оптико-акустических приемников, обладающих теоретически предельными чувствительностью и быстродействием и расширенным до гелиевых температур рабочим диапазоном. Изложенные технические решения могут быть положены в основу конструирования неохлаждаемых мегапиксельных матричных ОАП для регистрации ИК- и ТГц-изображений.

Оптико-акустические приемники (ОАП) излучения имеют эквивалентную мощность шума (NEP) 1,410-10 Вт/Гц1/2 в спектральном диапазоне 0,3–10000 мкм и не требуют вакуумирования и термостабилизации. Диапазон исследуемых с помощью ОАП сигналов охватывает как постоянные потоки ИК- и ТГц-излучения мощностью до 10-11 Ватт, изменения температуры на 10-6–10-7 K, так и фемтосекундные тераваттные лазерные импульсы. Основным недостатком ОАП является сверхчувствительность к вибрациям. Показано, что гибкая мембрана, выполняющая роль датчика давления, одновременно является акселерометром в котором сила, действующая на мембрану определяется её инерционной массой. Так как однослойный графен (SLG) является самым легким конструкционным материалом с поверхностной плотностью 0,7710-7 г/см2, использование гибкой мембраны из SLG обеспечивает снижение восприимчивости ОАП к акустическим и вибрационным шумам более чем на три порядка без применения каких либо устройств виброзащиты.

Исследовались спектры ультрадисперсных частиц ZnS-Ag, осаждённых на подложку в электрическом поле. Для получения мелкодисперсных частиц использовали промышленный люминофор К-75 (ZnS-Ag). Спектры люминесценции получали при воздействии на образец ультрафиолетовым светом ( = 365 нм). Анализ спектров показал, что спектральные характеристики отличаются для образцов с различной размерностью кристаллов. Так для промышленного образца спектр люминесценции имел полосу с max = 453 нм и с полушириной  = 58,5 нм. Для ультрадисперсных кристаллов ZnS-Ag, осаждённых обычным способом, спектральная полоса имела max = 452,4 нм с полушириной  = 58,0 нм. Спектры фотолюминесценции (ФЛ) для образцов, полученных путём осаждения ультрадисперсных кристаллов ZnS-Ag в электрическом поле на подложку, имеют параметры с max = 451,5 нм и с полушириной  = 57,6 нм. При измерении ширины запрещённой зоны образцов была установлена зависимость ширины запрещённой зоны от размеров кристаллов полупроводника. Наиболее заметный эффект был получен при осаждении на подложку наноразмерных кристаллов в электрическом поле. Так для промышленного образца ширина запрещённой зоны составила 4,06 эВ, а для мелкодисперсных образцов, осаждённых обычным способом и в электрическом поле – 4,09 и 4,10 эВ соответственно. Полученные результаты показывают, что ширина запрещённой зоны увеличивается при уменьшении размеров кристаллов до наноразмерных величин. Поляризация света при прохождении светового луча через образцы тоже показала различные результаты. Так, луч света при прохождении образца из исходного материала имел степень поляризации Р = 0.094. Для образца, полученного путём осаждения мелкодисперсных частиц обычным способом, степень поляризации прошедшего луча составила Р = 0,110. И для об-разца, приготовленного из мелкодисперсных частиц ZnS-Ag, осажденных в электрическом поле, степень поляризации прошедшего светового луча оказалась Р = 0,117. Полученные результаты показывают, что материалы, полученные из мелкодисперсных частиц, путём осаждения их в электрическом поле, имеют различия по физическим параметрам.