Fizičari sa Moskovskog instituta za fiziku i tehnologiju sa kolegama sa Moskovskog državnog pedagoškog univerziteta i Univerziteta u Mančesteru napravili su visoko osetljiv detektor terahercnog zračenja zasnovan na efektu tuneliranja u grafenu. Zapravo, tunelski tranzistor s efektom polja pretvoren je u detektor, koji se mogao otvoriti signalima „iz zraka“, a ne prenositi kroz konvencionalna kola.
Kvantno tuneliranje. Izvor slike: Daria Sokol, press služba MIPT
Ovo otkriće, koje se zasniva na idejama fizičara Mihaila Djakonova i Mihaila Šura predloženih početkom 1990-ih, približava eru bežičnih teraherc tehnologija. To znači da će se brzina bežičnih komunikacija višestruko povećati, a radarske i sigurnosne tehnologije, radioastronomija i medicinska dijagnostika podići će se na potpuno novi nivo.
Ideja ruskih fizičara bila je da je tunelski tranzistor predložen da se ne koristi za pojačavanje i demodulaciju signala, već kao uređaj koji „sama po sebi pretvara modulirani signal u niz bitova ili glasovnih informacija zbog nelinearnog odnosa između struje i napona.” Drugim riječima, efekat tuneliranja može se pojaviti na izuzetno niskom nivou signala na kapiji tranzistora, što će omogućiti tranzistoru da pokrene tunelsku struju (otvori) čak i iz vrlo slabog signala.
Zašto klasična shema korištenja tranzistora nije prikladna? Prilikom prelaska na terahercni opseg, većina postojećih tranzistora nema vremena da primi potrebno punjenje, tako da klasično radio kolo sa slabim pojačalom signala na tranzistoru praćeno demodulacijom postaje neučinkovito. Potrebno je ili poboljšati tranzistore, koji takođe rade do određene granice, ili ponuditi nešto sasvim drugo. Ruski fizičari su predložili upravo ovo „drugo“.
Grafenski tunelski tranzistor kao teraherc detektor. Izvor slike: Nature Communications
“Ideja o snažnom odgovoru tunelskog tranzistora na niske napone poznata je već petnaestak godina”, kaže jedan od autora studije, šef laboratorije za optoelektroniku dvodimenzionalnih materijala u Centru za fotoniku. i dvodimenzionalni materijali na MIPT-u, Dmitry Svintsov. “Prije nas niko nije shvatio da se ova ista osobina tunelskog tranzistora može koristiti u tehnologiji teraherc detektora.” Kao što su naučnici ustanovili, „ako se tranzistor dobro otvara i zatvara pri maloj snazi kontrolnog signala, onda bi takođe trebalo da bude dobar u hvatanju slabog signala iz vazduha“.
Za eksperiment, opisan u časopisu Nature Communications, napravljen je tunelski tranzistor na dvoslojnom grafenu. Eksperiment je pokazao da je osjetljivost uređaja u tunelskom režimu nekoliko redova veličine veća od one u klasičnom transportnom načinu. Tako se pokazalo da eksperimentalni tranzistorski detektor nije ništa lošiji po osjetljivosti od sličnih supravodičkih i poluvodičkih bolometara dostupnih na tržištu. Teorija sugerira da što je grafen čistiji, to će biti veća osjetljivost, što daleko premašuje mogućnosti modernih teraherc detektora, a to nije evolucija, već revolucija u industriji.
izvor: 3dnews.ru