قام فيزيائيون من معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا مع زملاء من جامعة موسكو التربوية الحكومية وجامعة مانشستر بإنشاء كاشف إشعاع تيراهيرتز حساس للغاية يعتمد على تأثير النفق في الجرافين. في الواقع، تم تحويل ترانزستور النفق ذو التأثير الميداني إلى كاشف يمكن فتحه بواسطة إشارات "من الهواء"، ولا يتم إرساله عبر الدوائر التقليدية.
نفق الكم. مصدر الصورة: داريا سوكول، الخدمة الصحفية لـ MIPT
إن هذا الاكتشاف، الذي استند إلى أفكار الفيزيائيين ميخائيل دياكونوف وميخائيل شور التي اقترحها في أوائل التسعينيات، يقرب عصر تقنيات تيراهيرتز اللاسلكية. وهذا يعني أن سرعة الاتصالات اللاسلكية ستزداد عدة مرات، وسترتفع تقنيات الرادار والأمن وعلم الفلك الراديوي والتشخيص الطبي إلى مستوى جديد تمامًا.
كانت فكرة الفيزيائيين الروس هي أنه تم اقتراح استخدام ترانزستور النفق ليس لتضخيم الإشارة وإزالة التشكيل، ولكن كجهاز "يحول في حد ذاته الإشارة المعدلة إلى سلسلة من البتات أو المعلومات الصوتية بسبب العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد." بمعنى آخر، يمكن أن يحدث تأثير النفق عند مستوى إشارة منخفض للغاية عند بوابة الترانزستور، مما سيسمح للترانزستور ببدء تيار نفقي (مفتوح) حتى من إشارة ضعيفة جدًا.
لماذا المخطط الكلاسيكي لاستخدام الترانزستورات غير مناسب؟ عند الانتقال إلى نطاق تيراهيرتز، فإن معظم الترانزستورات الموجودة ليس لديها الوقت الكافي لاستقبال الشحنة المطلوبة، وبالتالي فإن دائرة الراديو الكلاسيكية التي تحتوي على مضخم إشارة ضعيف على الترانزستور تليها عملية إزالة التشكيل تصبح غير فعالة. من الضروري إما تحسين الترانزستورات، والتي تعمل أيضًا إلى حد معين، أو تقديم شيء مختلف تمامًا. لقد اقترح الفيزيائيون الروس هذا "الآخر" على وجه التحديد.
ترانزستور نفق الجرافين ككاشف تيراهيرتز. مصدر الصورة: اتصالات الطبيعة
يقول أحد مؤلفي الدراسة، رئيس مختبر الإلكترونيات الضوئية للمواد ثنائية الأبعاد في مركز الضوئيات: "إن فكرة الاستجابة القوية لترانزستور النفق للجهود المنخفضة معروفة منذ حوالي خمسة عشر عامًا". والمواد ثنائية الأبعاد في MIPT، ديمتري سفينتسوف. "قبلنا، لم يدرك أحد أن نفس خاصية ترانزستور النفق يمكن استخدامها في تكنولوجيا كاشف تيراهيرتز." وكما أثبت العلماء، "إذا كان الترانزستور يفتح ويغلق بشكل جيد عند طاقة منخفضة لإشارة التحكم، فمن المفترض أن يكون جيدًا أيضًا في التقاط إشارة ضعيفة من الهواء".
بالنسبة للتجربة، الموصوفة في مجلة Nature Communications، تم إنشاء ترانزستور نفقي على طبقة ثنائية من الجرافين. أظهرت التجربة أن حساسية الجهاز في وضع النفق أعلى بعدة مراتب من حساسية الجهاز في وضع النقل الكلاسيكي. وهكذا، تبين أن كاشف الترانزستور التجريبي ليس أسوأ من حيث الحساسية من مقاييس قياس الموصلات الفائقة وأشباه الموصلات المماثلة المتوفرة في السوق. وتشير النظرية إلى أنه كلما كان الجرافين أكثر نقاءً، زادت حساسيته، وهو ما يتجاوز بكثير قدرات أجهزة الكشف عن تيراهيرتز الحديثة، وهذا ليس تطورًا، بل ثورة في الصناعة.
المصدر: 3dnews.ru