Φυσικοί από το Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας με συναδέλφους από το Κρατικό Παιδαγωγικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας και το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ δημιούργησαν έναν εξαιρετικά ευαίσθητο ανιχνευτή ακτινοβολίας terahertz που βασίζεται στο φαινόμενο της σήραγγας στο γραφένιο. Στην πραγματικότητα, ένα τρανζίστορ σήραγγας πεδίου μετατράπηκε σε ανιχνευτή, ο οποίος μπορούσε να ανοίξει με σήματα «από τον αέρα» και να μην μεταδοθεί μέσω συμβατικών κυκλωμάτων.
Κβαντική σήραγγα. Πηγή εικόνας: Daria Sokol, υπηρεσία τύπου MIPT
Η ανακάλυψη, η οποία βασίστηκε στις ιδέες των φυσικών Mikhail Dyakonov και Mikhail Shur που προτάθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1990, φέρνει πιο κοντά την εποχή των ασύρματων τεχνολογιών terahertz. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα των ασύρματων επικοινωνιών θα αυξηθεί πολλές φορές και οι τεχνολογίες ραντάρ και ασφάλειας, η ραδιοαστρονομία και η ιατρική διάγνωση θα ανέβουν σε ένα εντελώς νέο επίπεδο.
Η ιδέα των Ρώσων φυσικών ήταν ότι το τρανζίστορ σήραγγας προτάθηκε να χρησιμοποιηθεί όχι για ενίσχυση σήματος και αποδιαμόρφωση, αλλά ως συσκευή που «μετατρέπει από μόνο του το διαμορφωμένο σήμα σε μια ακολουθία bits ή φωνητικές πληροφορίες λόγω της μη γραμμικής σχέσης μεταξύ ρεύματος και τάσης». Με άλλα λόγια, το φαινόμενο της σήραγγας μπορεί να συμβεί σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο σήματος στην πύλη του τρανζίστορ, το οποίο θα επιτρέψει στο τρανζίστορ να εκκινήσει ένα ρεύμα σήραγγας (ανοιχτό) ακόμη και από ένα πολύ ασθενές σήμα.
Γιατί το κλασικό σχήμα χρήσης τρανζίστορ δεν είναι κατάλληλο; Κατά τη μετάβαση στην περιοχή terahertz, τα περισσότερα υπάρχοντα τρανζίστορ δεν έχουν χρόνο να λάβουν την απαιτούμενη φόρτιση, επομένως το κλασικό κύκλωμα ραδιοφώνου με έναν ενισχυτή ασθενούς σήματος σε ένα τρανζίστορ που ακολουθείται από αποδιαμόρφωση καθίσταται αναποτελεσματικό. Είναι απαραίτητο είτε να βελτιωθούν τα τρανζίστορ, το οποίο επίσης λειτουργεί μέχρι ένα ορισμένο όριο, είτε να προσφέρουμε κάτι εντελώς διαφορετικό. Οι Ρώσοι φυσικοί πρότειναν ακριβώς αυτό το «άλλο».
Τρανζίστορ σήραγγας γραφενίου ως ανιχνευτής terahertz. Πηγή εικόνας: Nature Communications
«Η ιδέα μιας ισχυρής απόκρισης ενός τρανζίστορ σήραγγας στις χαμηλές τάσεις είναι γνωστή εδώ και περίπου δεκαπέντε χρόνια», λέει ένας από τους συγγραφείς της μελέτης, επικεφαλής του εργαστηρίου οπτοηλεκτρονικής δισδιάστατων υλικών στο Κέντρο Φωτονικής. και Δισδιάστατα Υλικά στο MIPT, Dmitry Svintsov. «Πριν από εμάς, κανείς δεν συνειδητοποίησε ότι αυτή η ίδια ιδιότητα ενός τρανζίστορ σήραγγας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην τεχνολογία ανιχνευτών terahertz». Όπως έχουν διαπιστώσει οι επιστήμονες, «αν ένα τρανζίστορ ανοίγει και κλείνει καλά με χαμηλή ισχύ του σήματος ελέγχου, τότε θα πρέπει επίσης να είναι καλό στο να λαμβάνει ένα αδύναμο σήμα από τον αέρα».
Για το πείραμα, που περιγράφεται στο περιοδικό Nature Communications, δημιουργήθηκε ένα τρανζίστορ σήραγγας σε γραφένιο διπλής στιβάδας. Το πείραμα έδειξε ότι η ευαισθησία της συσκευής σε λειτουργία σήραγγας είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από αυτή στον κλασικό τρόπο μεταφοράς. Έτσι, ο πειραματικός ανιχνευτής τρανζίστορ αποδείχθηκε ότι δεν ήταν χειρότερος σε ευαισθησία από παρόμοια βολόμετρα υπεραγωγών και ημιαγωγών που διατίθενται στην αγορά. Η θεωρία προτείνει ότι όσο πιο καθαρό είναι το γραφένιο, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ευαισθησία, κάτι που υπερβαίνει κατά πολύ τις δυνατότητες των σύγχρονων ανιχνευτών terahertz, και αυτό δεν είναι εξέλιξη, αλλά επανάσταση στη βιομηχανία.
Πηγή: 3dnews.ru