Перспективный композит с эрбием для фотонных систем

Источник: rdmag.com

Эрбий — важный компонент класса редкоземельных материалов. Это вещество способно испускать фотоны с длиной волны свыше 1,5 мкм. Такие фотоны используются в оптоволоконной связи и обеспечивают высокую скорость передачи данных в сети Интернет и в телефонных сетях. Кроме того, эрбий способен улучшить эффективность солнечных батарей на основе кремния. Кремний не может поглощать световые волны с длиной волны более 1,1 мкм. Это ведет к потере энергии и падению эффективности. Эрбий позволяет исправить ситуацию — он преобразует два (или более) фотона с небольшой энергией в один фотон, обладающий большей энергией. Этот мощный фотон может быть поглощен кремнием, тем самым, эффективность солнечных элементов значительно возрастает.

Также эрбий способен поглощать УФ излучение солнца и превращать его в излучение с другой длиной волны, из видимой части света. Данное свойство имеет значение для формирования белого света в полупроводниковых осветительных приборах. Хотя все важные качества эрбия известны давно, получить высококачественный композит с этим элементом до сих пор не удавалось. Использовался стандартный подход — введение эрбия в качестве легирующей примеси в кристаллы кремния, оксида кремния и другие вещества. Однако слишком большое количество атомов примеси образует кластеры, неизбежно ухудшающие оптические характеристики кристалла. Недавно группе специалистов Университета штата Аризоны (США) удалось разрешить эту проблему.

Ученые под руководством профессора Кун-Дженг Нинга (Cun-Zheng Ning) создали материал в виде монокристаллической нанопроволоки, содержащей хлоросиликат эрбия. В этом композите атомы эрбия организованы в периодическую решетку, поэтому оптическое качество кристалла остается высоким. С другой стороны, их концентрация в 1000 раз выше, чем во всех других известных соединениях. Поэтому многие важные свойства эрбия проявляются гораздо активнее. В настоящее время команда профессора Нинга занимается разработкой технологий по использованию нового композита. В частности, ученые конструируют миниатюрные оптические усилители для компактных фотонных систем вычислительной техники.