A Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet fizikusai a Moszkvai Állami Pedagógiai Egyetem és a Manchesteri Egyetem munkatársaival egy rendkívül érzékeny terahertzes sugárzásdetektort hoztak létre, amely a grafén alagúthatásán alapul. Valójában egy térhatású alagúttranzisztorból detektort alakítottak ki, amelyet „levegőből” érkező jelekkel lehetett kinyitni, nem pedig hagyományos áramkörökön keresztül.
Kvantum alagút. Kép forrása: Daria Sokol, MIPT sajtószolgálat
A felfedezés, amely Mikhail Dyakonov és Mikhail Shur fizikusok 1990-es évek elején javasolt ötletein alapult, közelebb hozza a vezeték nélküli terahertz technológiák korszakát. Ez azt jelenti, hogy a vezeték nélküli kommunikáció sebessége többszörösére nő, a radar- és biztonsági technológiák, a rádiócsillagászat és az orvosi diagnosztika pedig teljesen új szintre emelkedik.
Az orosz fizikusok ötlete az volt, hogy az alagúttranzisztort nem jelerősítésre és demodulációra javasolták használni, hanem olyan eszközként, amely „önmagában a modulált jelet bitsorozattá vagy hanginformációvá alakítja a nemlineáris kapcsolat miatt. áram és feszültség között." Más szóval, az alagúthatás rendkívül alacsony jelszintnél jelentkezhet a tranzisztor kapujában, ami lehetővé teszi, hogy a tranzisztor még nagyon gyenge jelből is alagútáramot (nyit) kezdeményezzen.
Miért nem alkalmas a tranzisztorok klasszikus használatára? A terahertzes tartományra való áttéréskor a legtöbb meglévő tranzisztornak nincs ideje a szükséges töltés fogadására, így a klasszikus rádióáramkör gyenge jelerősítővel egy tranzisztoron, majd demodulációval hatástalanná válik. Vagy javítani kell a tranzisztorokat, ami szintén egy bizonyos határig működik, vagy valami egészen mást kell kínálni. Orosz fizikusok pontosan ezt a „mást” javasolták.
Grafén alagúttranzisztor, mint terahertz detektor. A kép forrása: Nature Communications
„Az alagúttranzisztorok alacsony feszültségre adott erős reakciójának ötlete körülbelül tizenöt éve ismert” – mondja a tanulmány egyik szerzője, a Fotonikai Központ kétdimenziós anyagok optoelektronikai laboratóriumának vezetője. és kétdimenziós anyagok a MIPT-nél, Dmitrij Szvincov. "Előttünk senki sem tudta, hogy az alagúttranzisztornak ugyanezt a tulajdonságát fel lehet használni a terahertzes detektortechnológiában." Amint azt a tudósok megállapították, "ha egy tranzisztor jól nyit és zár a vezérlőjel alacsony teljesítménye mellett, akkor jónak kell lennie arra is, hogy gyenge jelet vegyen fel a levegőből."
A Nature Communications folyóiratban ismertetett kísérlethez alagúttranzisztort készítettek kétrétegű grafénen. A kísérlet kimutatta, hogy az eszköz érzékenysége alagút üzemmódban több nagyságrenddel nagyobb, mint a klasszikus közlekedési módban. Így a kísérleti tranzisztoros detektor érzékenységében semmivel sem rosszabb, mint a piacon kapható hasonló szupravezető és félvezető bolométerek. Az elmélet azt sugallja, hogy minél tisztább a grafén, annál nagyobb lesz az érzékenység, ami messze meghaladja a modern terahertz detektorok képességeit, és ez nem fejlődés, hanem forradalom az iparban.
Forrás: 3dnews.ru