Físicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, junto con colegas de la Universidad Pedagógica Estatal de Moscú y la Universidad de Manchester, han creado un detector de radiación de terahercios altamente sensible basado en el efecto túnel del grafeno. De hecho, un transistor de túnel de efecto de campo se convirtió en un detector que podía abrirse mediante señales "desde el aire" y no transmitirse a través de circuitos convencionales.
Túneles cuánticos. Fuente de la imagen: Daria Sokol, servicio de prensa del MIPT
El descubrimiento, que se basó en las ideas de los físicos Mikhail Dyakonov y Mikhail Shur propuestas a principios de la década de 1990, acerca la era de las tecnologías inalámbricas de terahercios. Esto significa que la velocidad de las comunicaciones inalámbricas se multiplicará y las tecnologías de radar y seguridad, la radioastronomía y el diagnóstico médico alcanzarán un nivel completamente nuevo.
La idea de los físicos rusos era que se proponía utilizar el transistor de túnel no para amplificar y demodular señales, sino como un dispositivo que “por sí solo convierte la señal modulada en una secuencia de bits o información de voz debido a la relación no lineal entre corriente y voltaje”. En otras palabras, el efecto túnel puede ocurrir a un nivel de señal extremadamente bajo en la puerta del transistor, lo que permitirá que el transistor inicie una corriente de túnel (abierta) incluso desde una señal muy débil.
¿Por qué no es adecuado el esquema clásico de uso de transistores? Al pasar al rango de terahercios, la mayoría de los transistores existentes no tienen tiempo para recibir la carga requerida, por lo que el circuito de radio clásico con un amplificador de señal débil en un transistor seguido de demodulación se vuelve ineficaz. Es necesario mejorar los transistores, que también funcionan hasta cierto límite, o ofrecer algo completamente diferente. Los físicos rusos propusieron precisamente este "otro".
Transistor de túnel de grafeno como detector de terahercios. Fuente de la imagen: Comunicaciones de la naturaleza
"La idea de una fuerte respuesta de un transistor de túnel a bajas tensiones se conoce desde hace unos quince años", afirma uno de los autores del estudio, jefe del laboratorio de optoelectrónica de materiales bidimensionales del Centro de Fotónica. y Materiales bidimensionales en MIPT, Dmitry Svintsov. "Antes de nosotros, nadie se dio cuenta de que esta misma propiedad de un transistor de túnel podría usarse en la tecnología de detección de terahercios". Como han establecido los científicos, "si un transistor se abre y cierra bien con una potencia de señal de control baja, entonces también debería ser bueno para captar una señal débil del aire".
Para el experimento, descrito en la revista Nature Communications, se creó un transistor de túnel sobre grafeno bicapa. El experimento demostró que la sensibilidad del dispositivo en modo túnel es varios órdenes de magnitud mayor que en el modo de transporte clásico. Por lo tanto, el detector de transistores experimental resultó no tener peor sensibilidad que los bolómetros superconductores y semiconductores similares disponibles en el mercado. La teoría sugiere que cuanto más puro sea el grafeno, mayor será la sensibilidad, lo que supera con creces las capacidades de los detectores de terahercios modernos, y esto no es una evolución, sino una revolución en la industria.
Fuente: 3dnews.ru