Fyzici z Moskevského institutu fyziky a technologie s kolegy z Moskevské státní pedagogické univerzity a univerzity v Manchesteru vytvořili vysoce citlivý detektor terahertzového záření založený na tunelovacím efektu v grafenu. Ve skutečnosti byl tunelový tranzistor s efektem pole přeměněn na detektor, který bylo možné otevřít signály „ze vzduchu“ a nepřenášet ho konvenčními obvody.
Kvantové tunelování. Zdroj obrázků: Daria Sokol, tisková služba MIPT
Objev, který vycházel z myšlenek fyziků Michaila Dyakonova a Michaila Shura navržených na počátku 1990. let, přibližuje éru bezdrátových terahertzových technologií. To znamená, že rychlost bezdrátové komunikace mnohonásobně vzroste a radarové a bezpečnostní technologie, radioastronomie a lékařská diagnostika se povznesou na zcela novou úroveň.
Myšlenka ruských fyziků byla, že tunelový tranzistor byl navržen tak, aby se nepoužíval pro zesilování a demodulaci signálu, ale jako zařízení, které „samo o sobě mění modulovaný signál na sekvenci bitů nebo hlasové informace díky nelineárnímu vztahu. mezi proudem a napětím." Jinými slovy, tunelovací efekt může nastat při extrémně nízké úrovni signálu na hradle tranzistoru, což umožní tranzistoru iniciovat tunelovací proud (otevřený) i z velmi slabého signálu.
Proč není vhodné klasické schéma použití tranzistorů? Při přechodu do terahertzové oblasti většina stávajících tranzistorů nestihne přijmout potřebný náboj, takže klasický rádiový obvod se slabým zesilovačem signálu na tranzistoru s následnou demodulací se stává neúčinným. Je potřeba buď vylepšit tranzistory, které do určité hranice také fungují, nebo nabídnout něco úplně jiného. Ruští fyzici navrhli přesně toto „jiné“.
Grafenový tunelový tranzistor jako terahertzový detektor. Zdroj obrázků: Nature Communications
„Myšlenka silné odezvy tunelového tranzistoru na nízké napětí je známá asi patnáct let,“ říká jeden z autorů studie, vedoucí laboratoře optoelektroniky dvourozměrných materiálů v Centru fotoniky. and Two-Dimensional Materials ve společnosti MIPT, Dmitry Svintsov. "Před námi si nikdo neuvědomil, že stejnou vlastnost tunelového tranzistoru lze použít v technologii terahertzových detektorů." Jak vědci zjistili, „pokud se tranzistor dobře otevírá a zavírá při nízkém výkonu řídicího signálu, měl by být také dobrý při zachycení slabého signálu ze vzduchu“.
Pro experiment popsaný v časopise Nature Communications byl vytvořen tunelový tranzistor na dvouvrstvém grafenu. Experiment ukázal, že citlivost zařízení v tunelovém režimu je o několik řádů vyšší než v klasickém transportním režimu. Ukázalo se tedy, že experimentální tranzistorový detektor není v citlivosti o nic horší než podobné supravodičové a polovodičové bolometry dostupné na trhu. Teorie naznačuje, že čím čistší grafen, tím vyšší bude citlivost, která daleko přesahuje možnosti moderních terahertzových detektorů, a nejedná se o žádnou evoluci, ale revoluci v oboru.
Zdroj: 3dnews.ru