Новости науки

Излучение света при взаимном уничтожении электрона и дырки – принцип работы полупроводникового лазера. Дизайнер Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

ДОЛГАЯ ЖИЗНЬ ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК

Начало XXI века в физике – это зачастую поиск явлений из мира элементарных частиц в подручных материалах. Электроны в некоторых кристаллах по своим свойствам будто разогнаны до околосветовых скоростей, как в ускорителях частиц, а в других они и вовсе могут напоминать по свойствам материю черных дыр. Физики из МФТИ вывернули этот поиск наизнанку и доказали, что запрещенные реакции для элементарных частиц могут оставаться запрещенными и в кристаллических материалах – Вейлевских полуметаллах (в них носители заряда ведут себя подобно электронам и позитронам в ускорителях заряженных частиц). Ученые из МФТИ и Института Иоффе теоретически доказали, что эти материалы являются идеальными усиливающими средами для лазеров. Работа опубликована в журнале Physical Review B. Речь идет о реакции взаимного уничтожении частиц и античастиц без излучения света. Благодаря этому запрету Вейлевский полуметалл может оказаться идеальной усиливающей средой для лазера.

В полупроводниковом лазере излучение возникает при взаимном уничтожении электронов и положительно заряженных частиц – так называемых дырок. Однако излучение света при встрече электрона и дырки не является единственно возможным исходом. Так, пара может отдать свою энергию на раскачку колебаний атомов или на нагрев остальных электронов. Последний процесс называется Оже-рекомбинацией (в честь французского физика Пьера Оже). Именно он ограничивает эффективность существующих лазеров видимого и инфракрасного диапазона и делает практически невозможным создание лазеров терагерцового диапазона. Оже-рекомбинация «съедает» электрон-дырочные пары, которые иначе могли бы породить свет, к тому же она сильно греет полупроводник.

Поиск «волшебного материала», в котором Оже-рекомбинация идет медленно по сравнению с излучательной рекомбинацией, не прекращается на протяжении уже почти сотни лет. Недавно были обнаружены материалы, которые можно образно назвать «карманными ускорителями» заряженных частиц. К ним относят двухмерный графен – «ускоритель на кончике карандаша» и его трехмерные аналоги – полуметаллы Вейля (арсенид тантала, фосфид ниобия, теллурид молибдена). В них переносчики тока ведут себя подобно фотонам с электрическим зарядом. Авторы работы доказали, что запрет Оже-рекомбинации будет работать в полуметаллах Вейля, даже несмотря на нулевую массу частиц.

Время жизни электрон-дырочной пары оказалось около десятка наносекунд. В бытовом понимании это очень мало, но для лазерной физики – огромная величина. В привычных материалах, используемых в лазерных технологиях дальнего инфракрасного диапазона, электроны и дырки живут в тысячи раз меньше. Возможность существенного продления времени жизни неравновесных электронов и дырок в новых материалах открывает перспективы для их использования в новых типах длинноволновых лазеров.

По информации пресс-служба МФТИ

ВИНТОКРЫЛОЕ БУДУЩЕЕ

Специалисты Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») провели аэродинамические испытания двух моделей крыльев с вертолетными профилями. Ученые помещали модели в аэродинамическую трубу и с помощью экспериментальной установки ДИНКР («ДИНамическое КРыло») изучали стационарные и нестационарные аэродинамические характеристики профиля при колебаниях по углу тангажа (килевая качка: угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью). Стационарные испытания проводились для двух конфигураций ДИНКР (с верхней сплошной крышкой и с верхней перфорированной крышкой) при числах Маха от 0,3 до 0,8. Для получения нестационарных характеристик профиль подвергали колебаниям с частотой 5, 10, 15 и 20 Гц и амплитудой 5 градусов при скоростях потока, соответствующих числам Маха от 0,3 до 0,65. Полученные аэродинамические характеристики профилей будут использованы при разработке лопастей несущих винтов для скоростных перспективных вертолетов. Работы выполнялись в рамках НИР «Исследования в обеспечение создания научно-технического задела для перспективных винтокрылых летательных аппаратов и роботизированных авиационных систем».

По информации пресс-службы ЦАГИ

ТУНГУССКИЙ МЕТЕОРИТ ВСЕ ЕЩЕ ИЗУЧАЮТ

Сегодня в Москве в конференц-зале АО «Центральная геофизическая экспедиция» проходит ежегодный семинар «Тунгусское событие и возможные его аналоги». О тематике нынешнего научного собрания можно судить по заявленной программе. Вот некоторые из названий докладов: «Современный портрет Тунгусского метеорита» (В.А. Ромейко); «Изучение выбросов из воронок – наиболее перспективный вариант поиска выпавшего вещества Тунгусского метеорита» (Е.В. Дмитриев); «Проблемы образования кольцевых структур в нефтегазоносных провинциях» (А.В. Постников, А.С. Бузилов, А.Е. Постников); «О земной, геофизической стороне изучения Тунгусского события» (В.И. Шаров); «Свечение ночного лимба верхней атмосферы в УФ-диапазоне спектра над разломами Индийского океана по данным наблюдения с борта МКС» (Ю.А. Пластинин); «Трансформация свойств почв в результате воздействия редкого природного явления (в кругах на полях)» (А.П. Шваров, А.М. Долгорукий, Т.О. Михайловская); «Геофизическая природа Тунгусского высотного взрыва» (В.Л. Натяганов); «Глобальная пространственно-временная предопределенность Тунгусского события» (А.Ю. Ретеюм); «Необычное событие в иранском городе Баболь в 2004 г.» (А.Ю. Ольховатов).

Соб. инф.