Fizičari s Moskovskog instituta za fiziku i tehnologiju s kolegama s Moskovskog državnog pedagoškog sveučilišta i Sveučilišta u Manchesteru stvorili su vrlo osjetljiv detektor terahercnog zračenja temeljen na efektu tuneliranja u grafenu. Zapravo, tunelski tranzistor s efektom polja pretvoren je u detektor, koji se može otvoriti signalima "iz zraka", a ne prenositi kroz konvencionalne sklopove.
Kvantno tuneliranje. Izvor slike: Daria Sokol, tiskovna služba MIPT-a
Ovo otkriće, koje se temelji na idejama fizičara Mikhaila Dyakonova i Mikhaila Shura predloženim početkom 1990-ih, približava eru bežičnih terahertz tehnologija. To znači da će se brzina bežičnih komunikacija višestruko povećati, a radarske i sigurnosne tehnologije, radioastronomija i medicinska dijagnostika podići će se na sasvim novu razinu.
Ideja ruskih fizičara bila je da se tunelski tranzistor ne koristi za pojačavanje signala i demodulaciju, već kao uređaj koji “sam po sebi pretvara modulirani signal u niz bitova ili glasovnih informacija zbog nelinearnog odnosa između struje i napona." Drugim riječima, efekt tuneliranja može se pojaviti na ekstremno niskoj razini signala na vratima tranzistora, što će omogućiti tranzistoru da pokrene struju tuneliranja (otvori) čak i kod vrlo slabog signala.
Zašto klasična shema korištenja tranzistora nije prikladna? Pri prelasku na područje teraherca većina postojećih tranzistora nema vremena primiti potreban naboj, pa klasični radijski sklop s pojačalom slabog signala na tranzistoru praćen demodulacijom postaje neučinkovit. Potrebno je ili poboljšati tranzistore, koji također rade do određene granice, ili ponuditi nešto sasvim drugačije. Ruski fizičari predložili su upravo ovo "drugo".
Grafenski tunelski tranzistor kao teraherc detektor. Izvor slike: Nature Communications
“Ideja o snažnom odgovoru tunelskog tranzistora na niske napone poznata je već petnaestak godina”, kaže jedan od autora studije, voditelj laboratorija za optoelektroniku dvodimenzionalnih materijala u Centru za fotoniku. i dvodimenzionalne materijale na MIPT-u, Dmitry Svintsov. "Nitko prije nas nije shvatio da se to isto svojstvo tunelskog tranzistora može koristiti u tehnologiji detektora teraherca." Kao što su znanstvenici ustanovili, "ako se tranzistor dobro otvara i zatvara pri maloj snazi kontrolnog signala, onda bi također trebao biti dobar u hvatanju slabog signala iz zraka."
Za eksperiment, opisan u časopisu Nature Communications, izrađen je tunelski tranzistor na dvoslojnom grafenu. Eksperiment je pokazao da je osjetljivost uređaja u tunelskom načinu rada nekoliko redova veličine veća od one u klasičnom transportnom načinu. Tako se pokazalo da eksperimentalni tranzistorski detektor nije ništa lošiji u osjetljivosti od sličnih bolometara supravodiča i poluvodiča dostupnih na tržištu. Teorija sugerira da što je grafen čišći, to će biti veća osjetljivost, koja daleko premašuje mogućnosti modernih terahercnih detektora, a to nije evolucija, već revolucija u industriji.
Izvor: 3dnews.ru