Physiker des Moskauer Instituts für Physik und Technologie haben zusammen mit Kollegen der Moskauer Staatlichen Pädagogischen Universität und der Universität Manchester einen hochempfindlichen Terahertz-Strahlungsdetektor entwickelt, der auf dem Tunneleffekt in Graphen basiert. Tatsächlich wurde ein Feldeffekt-Tunneltransistor in einen Detektor umgewandelt, der durch Signale „aus der Luft“ geöffnet werden konnte und nicht über herkömmliche Schaltkreise übertragen werden musste.
Quantentunneln. Bildquelle: Daria Sokol, MIPT-Pressedienst
Die Entdeckung, die auf den Anfang der 1990er Jahre vorgeschlagenen Ideen der Physiker Mikhail Dyakonov und Mikhail Shur basierte, bringt das Zeitalter der drahtlosen Terahertz-Technologien näher. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit der drahtlosen Kommunikation um ein Vielfaches zunehmen wird und Radar- und Sicherheitstechnologien, Radioastronomie und medizinische Diagnostik ein völlig neues Niveau erreichen werden.
Die Idee der russischen Physiker war, dass der Tunneltransistor nicht zur Signalverstärkung und -demodulation verwendet werden sollte, sondern als Gerät, das „das modulierte Signal aufgrund der nichtlinearen Beziehung selbst in eine Folge von Bits oder Sprachinformationen umwandelt“. zwischen Strom und Spannung.“ Mit anderen Worten: Der Tunneleffekt kann bei einem extrem niedrigen Signalpegel am Gate des Transistors auftreten, wodurch der Transistor selbst bei einem sehr schwachen Signal einen Tunnelstrom (offen) initiieren kann.
Warum ist das klassische Schema der Verwendung von Transistoren nicht geeignet? Beim Übergang in den Terahertz-Bereich haben die meisten vorhandenen Transistoren keine Zeit, die erforderliche Ladung zu empfangen, sodass die klassische Funkschaltung mit einem schwachen Signalverstärker am Transistor und anschließender Demodulation wirkungslos wird. Man muss entweder die Transistoren verbessern, was bis zu einer gewissen Grenze auch funktioniert, oder etwas ganz anderes anbieten. Russische Physiker haben genau dieses „Andere“ vorgeschlagen.
Graphen-Tunneltransistor als Terahertz-Detektor. Bildquelle: Nature Communications
„Die Idee einer starken Reaktion eines Tunneltransistors auf niedrige Spannungen ist seit etwa fünfzehn Jahren bekannt“, sagt einer der Autoren der Studie, Leiter des Labors für Optoelektronik zweidimensionaler Materialien am Zentrum für Photonik und zweidimensionale Materialien am MIPT, Dmitry Svintsov. „Vor uns wusste niemand, dass dieselbe Eigenschaft eines Tunneltransistors in der Terahertz-Detektortechnologie genutzt werden könnte.“ Wissenschaftler haben herausgefunden: „Wenn ein Transistor bei geringer Leistung des Steuersignals gut öffnet und schließt, sollte er auch ein schwaches Signal aus der Luft gut empfangen können.“
Für das in der Fachzeitschrift Nature Communications beschriebene Experiment wurde ein Tunneltransistor auf einer Graphen-Doppelschicht hergestellt. Das Experiment zeigte, dass die Empfindlichkeit des Geräts im Tunnelmodus um mehrere Größenordnungen höher ist als im klassischen Transportmodus. Somit stellte sich heraus, dass der experimentelle Transistordetektor keine schlechtere Empfindlichkeit aufwies als ähnliche auf dem Markt erhältliche Supraleiter- und Halbleiterbolometer. Die Theorie besagt, dass die Empfindlichkeit umso höher ist, je reiner das Graphen ist, was die Fähigkeiten moderner Terahertz-Detektoren bei weitem übertrifft, und dies ist keine Evolution, sondern eine Revolution in der Branche.
Source: 3dnews.ru