Moskovan fysiikan ja teknologian instituutin fyysikot yhdessä Moskovan valtion pedagogisen yliopiston ja Manchesterin yliopiston kollegoiden kanssa ovat luoneet erittäin herkän terahertsisäteilyilmaisimen, joka perustuu grafeenin tunnelointivaikutukseen. Itse asiassa kenttävaikutteisesta tunnelitransistori muutettiin ilmaisimeksi, joka voitiin avata "ilmasta tulevilla" signaaleilla eikä lähetetä tavanomaisten piirien kautta.
Kvanttitunnelointi. Kuvan lähde: Daria Sokol, MIPT-lehdistöpalvelu
Löytö, joka perustui fyysikkojen Mihail Dyakonovin ja Mikhail Shurin 1990-luvun alussa ehdottamiin ideoihin, tuo lähemmäksi langattomien terahertsitekniikoiden aikakautta. Tämä tarkoittaa, että langattoman viestinnän nopeus moninkertaistuu ja tutka- ja turvateknologiat, radioastronomia ja lääketieteellinen diagnostiikka nousevat aivan uudelle tasolle.
Venäläisten fyysikkojen ajatus oli, että tunnelitransistoria ei ehdotettu käytettäväksi signaalin vahvistamiseen ja demodulaatioon, vaan laitteena, joka "itsestään muuttaa moduloidun signaalin bittisekvenssiksi tai ääniinformaatioksi epälineaarisen suhteen vuoksi virran ja jännitteen välillä." Toisin sanoen tunnelointivaikutus voi tapahtua erittäin alhaisella signaalitasolla transistorin hilalla, jolloin transistori voi käynnistää tunnelointivirran (avoin) jopa erittäin heikosta signaalista.
Miksi klassinen transistorien käyttöjärjestelmä ei sovellu? Kun siirrytään terahertsialueelle, useimmilla olemassa olevilla transistoreilla ei ole aikaa vastaanottaa vaadittua varausta, joten klassinen radiopiiri, jossa on heikko signaalivahvistin transistorin päällä ja jota seuraa demodulointi, ei toimi. On tarpeen joko parantaa transistoreja, jotka myös toimivat tiettyyn rajaan asti, tai tarjota jotain aivan muuta. Venäläiset fyysikot ehdottivat juuri tätä "toista".
Grafeenitunnelitransistori terahertsiilmaisimena. Kuvan lähde: Nature Communications
"Ajatus tunnelitransistorin voimakkaasta vasteesta alhaisiin jännitteisiin on ollut tiedossa noin viisitoista vuotta", sanoo yksi tutkimuksen tekijöistä, Fotoniikan keskuksen kaksiulotteisten materiaalien optoelektroniikan laboratorion johtaja. ja kaksiulotteiset materiaalit MIPT:ssä, Dmitry Svintsov. "Ennen meitä kukaan ei tajunnut, että tätä samaa tunnelitransistorin ominaisuutta voitaisiin käyttää terahertsiilmaisintekniikassa." Kuten tutkijat ovat todenneet, "jos transistori avautuu ja sulkeutuu hyvin ohjaussignaalin alhaisella teholla, sen pitäisi myös olla hyvä poimimaan heikko signaali ilmasta."
Nature Communications -lehdessä kuvattua koetta varten luotiin tunnelitransistori kaksikerroksiseen grafeeniin. Kokeilu osoitti, että laitteen herkkyys tunnelitilassa on useita suuruusluokkia suurempi kuin perinteisessä kuljetustilassa. Siten kokeellinen transistoridetektori ei osoittautunut herkkyydeltään huonommaksi kuin vastaavat markkinoilla olevat suprajohde- ja puolijohdebolometrit. Teoria ehdottaa, että mitä puhtaampi grafeeni, sitä korkeampi herkkyys on, mikä ylittää huomattavasti nykyaikaisten terahertsiilmaisimien kyvyt, ja tämä ei ole evoluutio, vaan vallankumous alalla.
Lähde: 3dnews.ru