Физиците от Московския институт по физика и технологии с колеги от Московския държавен педагогически университет и Университета в Манчестър създадоха високочувствителен терагерцов радиационен детектор, базиран на тунелния ефект в графена. Всъщност тунелният транзистор с полеви ефекти беше превърнат в детектор, който можеше да се отвори чрез сигнали „от въздуха“, а не да се предава чрез конвенционални схеми.
Квантово тунелиране. Източник на изображението: Дария Сокол, пресслужба на MIPT
Откритието, което се основава на идеите на физиците Михаил Дяконов и Михаил Шур, предложени в началото на 1990-те години, доближава ерата на безжичните терагерцови технологии. Това означава, че скоростта на безжичните комуникации ще се увеличи многократно, а технологиите за радар и сигурност, радиоастрономията и медицинската диагностика ще се издигнат на съвсем ново ниво.
Идеята на руските физици беше, че тунелният транзистор е предложен да се използва не за усилване и демодулация на сигнала, а като устройство, което „само по себе си превръща модулирания сигнал в последователност от битове или гласова информация поради нелинейна връзка между ток и напрежение." С други думи, ефектът на тунелиране може да възникне при изключително ниско ниво на сигнала на вратата на транзистора, което ще позволи на транзистора да инициира тунелен ток (отворен) дори от много слаб сигнал.
Защо класическата схема за използване на транзистори не е подходяща? При преминаване към терахерцов диапазон повечето съществуващи транзистори нямат време да получат необходимия заряд, така че класическата радио верига със слаб усилвател на сигнала на транзистор, последвана от демодулация, става неефективна. Трябва или да се подобрят транзисторите, което също работи до определена граница, или да се предложи нещо съвсем различно. Руски физици предложиха точно това „друго“.
Графенов тунелен транзистор като терагерцов детектор. Източник на изображението: Nature Communications
„Идеята за силен отговор на тунелен транзистор на ниски напрежения е известна от около петнадесет години“, казва един от авторите на изследването, ръководител на лабораторията по оптоелектроника на двуизмерни материали в Центъра за фотоника и двуизмерни материали в MIPT, Дмитрий Свинцов. „Преди нас никой не осъзнаваше, че същото това свойство на тунелен транзистор може да се използва в терагерцова детекторна технология.“ Както са установили учените, "ако транзисторът се отваря и затваря добре при ниска мощност на управляващия сигнал, тогава той също трябва да е добър при улавянето на слаб сигнал от въздуха."
За експеримента, описан в списанието Nature Communications, е създаден тунелен транзистор върху двуслоен графен. Експериментът показа, че чувствителността на устройството в тунелен режим е с няколко порядъка по-висока от тази в класическия транспортен режим. Така експерименталният транзисторен детектор се оказва не по-лош по чувствителност от подобни свръхпроводникови и полупроводникови болометри, налични на пазара. Теорията предполага, че колкото по-чист е графенът, толкова по-висока ще бъде чувствителността, която далеч надхвърля възможностите на съвременните терагерцови детектори и това не е еволюция, а революция в индустрията.
Източник: 3dnews.ru