فیزیکدانان مؤسسه فیزیک و فناوری مسکو به همراه همکارانش از دانشگاه آموزشی دولتی مسکو و دانشگاه منچستر یک آشکارساز تشعشع تراهرتز بسیار حساس بر اساس اثر تونل زنی در گرافن ساخته اند. در واقع، یک ترانزیستور تونلی اثر میدانی به یک آشکارساز تبدیل شد که می‌توانست با سیگنال‌های "از هوا" باز شود و از طریق مدارهای معمولی منتقل نشود.
تونل زنی کوانتومی منبع تصویر: داریا سوکول، سرویس مطبوعاتی MIPT
این کشف که بر اساس ایده های فیزیکدانان میخائیل دیاکونوف و میخائیل شور در اوایل دهه 1990 ارائه شد، عصر فناوری های تراهرتز بی سیم را نزدیک تر می کند. این بدان معناست که سرعت ارتباطات بی سیم چندین برابر افزایش می یابد و فناوری های راداری و امنیتی، نجوم رادیویی و تشخیص پزشکی به سطح جدیدی ارتقا می یابد.
ایده فیزیکدانان روسی این بود که ترانزیستور تونلی نه برای تقویت سیگنال و دمدولاسیون، بلکه به عنوان وسیله ای که «به خودی خود سیگنال مدوله شده را به دلیل رابطه غیرخطی به دنباله ای از بیت ها یا اطلاعات صوتی تبدیل می کند، استفاده شود. بین جریان و ولتاژ.» به عبارت دیگر، اثر تونل زنی می تواند در سطح سیگنال بسیار پایین در دروازه ترانزیستور رخ دهد، که به ترانزیستور اجازه می دهد تا جریان تونل زنی (باز) را حتی از یک سیگنال بسیار ضعیف آغاز کند.
چرا طرح کلاسیک استفاده از ترانزیستور مناسب نیست؟ هنگام حرکت به محدوده تراهرتز، اکثر ترانزیستورهای موجود زمان دریافت شارژ مورد نیاز را ندارند، بنابراین مدار رادیویی کلاسیک با تقویت کننده سیگنال ضعیف روی ترانزیستور و به دنبال آن دمدولاسیون بی اثر می شود. یا باید ترانزیستورها را بهبود بخشید که تا حد معینی نیز کار می کند یا چیزی کاملاً متفاوت ارائه شود. فیزیکدانان روسی دقیقاً این «دیگری» را پیشنهاد کردند.
ترانزیستور تونل گرافن به عنوان آشکارساز تراهرتز. منبع تصویر: Nature Communications
یکی از نویسندگان این مطالعه، رئیس آزمایشگاه نوری الکترونیک مواد دو بعدی در مرکز فوتونیک می گوید: ایده پاسخ قوی ترانزیستور تونلی به ولتاژهای پایین حدود پانزده سال است که شناخته شده است. و مواد دو بعدی در MIPT، Dmitry Svintsov. قبل از ما، هیچ کس متوجه نمی شد که همین ویژگی ترانزیستور تونلی می تواند در فناوری آشکارساز تراهرتز استفاده شود. همانطور که دانشمندان ثابت کرده اند، "اگر یک ترانزیستور با قدرت کم سیگنال کنترل به خوبی باز و بسته می شود، باید سیگنال ضعیفی از هوا را نیز دریافت کند."
برای این آزمایش که در مجله Nature Communications توضیح داده شد، یک ترانزیستور تونلی روی گرافن دولایه ایجاد شد. آزمایش نشان داد که حساسیت دستگاه در حالت تونل چندین مرتبه بیشتر از حالت حمل و نقل کلاسیک است. بنابراین، آشکارساز ترانزیستوری آزمایشی از نظر حساسیت بدتر از بولومترهای ابررسانا و نیمه هادی مشابه موجود در بازار بود. این تئوری نشان می‌دهد که هرچه گرافن خالص‌تر باشد، حساسیت بالاتری خواهد داشت، که بسیار فراتر از قابلیت‌های آشکارسازهای تراهرتز مدرن است و این یک تکامل نیست، بلکه یک انقلاب در صنعت است.
منبع: 3dnews.ru