Moskva Füüsika- ja Tehnoloogiainstituudi füüsikud koos kolleegidega Moskva Riiklikust Pedagoogikaülikoolist ja Manchesteri Ülikoolist on loonud ülitundliku terahertskiirguse detektori, mis põhineb grafeeni tunneliefektil. Tegelikult muudeti väljaefektiga tunneltransistor detektoriks, mida sai avada "õhust tulevate" signaalide abil, mitte edastada tavapäraste vooluahelate kaudu.
Kvanttunneldamine. Pildi allikas: Daria Sokol, MIPT pressiteenistus
Avastus, mis põhines 1990. aastate alguses välja pakutud füüsikute Mihhail Djakonovi ja Mihhail Šuri ideedel, toob lähemale traadita terahertstehnoloogiate ajastu. See tähendab, et traadita side kiirus kasvab kordades ning radari- ja turvatehnoloogiad, raadioastronoomia ja meditsiiniline diagnostika tõusevad täiesti uuele tasemele.
Vene füüsikute idee seisnes selles, et tunneltransistorit pakuti kasutada mitte signaali võimendamiseks ja demoduleerimiseks, vaid seadmena, mis "muutub moduleeritud signaali mittelineaarse seose tõttu iseenesest bittide jadaks või häälinfoks. voolu ja pinge vahel. Teisisõnu, tunneldusefekt võib ilmneda transistori paisu juures väga madalal signaalitasemel, mis võimaldab transistoril algatada tunnelvoolu (avatud) isegi väga nõrga signaali korral.
Miks klassikaline transistoride kasutamise skeem ei sobi? Terahertsi vahemikku üle minnes ei ole enamikul olemasolevatest transistoridest aega vajaliku laengu saamiseks, mistõttu klassikaline raadioahel nõrga signaalivõimendiga transistoril ja sellele järgneb demodulatsioon muutub ebaefektiivseks. Vaja on kas täiustada transistore, mis ka teatud piirini töötavad, või hoopis midagi muud pakkuda. Vene füüsikud pakkusid välja just selle "teise".
Grafeeni tunneltransistor terahertsdetektorina. Pildi allikas: Nature Communications
"Idee tunneltransistori tugevast reaktsioonist madalpingele on olnud teada umbes viisteist aastat," ütleb üks uuringu autoritest, fotoonikakeskuse kahemõõtmeliste materjalide optoelektroonika labori juhataja. ja kahemõõtmelised materjalid MIPTis, Dmitri Svintsov. "Enne meid ei mõistnud keegi, et tunneltransistori sama omadust saab kasutada terahertsdetektori tehnoloogias." Nagu teadlased on kindlaks teinud, "kui transistor avaneb ja sulgub hästi juhtimissignaali väikese võimsuse korral, peaks see olema hea ka õhust nõrga signaali vastuvõtmiseks."
Ajakirjas Nature Communications kirjeldatud katse jaoks loodi kahekihilisele grafeenile tunneltransistor. Katse näitas, et seadme tundlikkus tunnelirežiimis on mitu suurusjärku kõrgem kui klassikalises transpordirežiimis. Seega ei osutus eksperimentaalne transistordetektor tundlikkuselt halvemaks kui sarnased turul saadaolevad ülijuht- ja pooljuhtbolomeetrid. Teooria viitab sellele, et mida puhtam on grafeen, seda suurem on tundlikkus, mis ületab kaugelt tänapäevaste terahertsdetektorite võimalused ja see pole evolutsioon, vaid revolutsioon tööstuses.
Allikas: 3dnews.ru