גלאי קרינת טרה-הרץ חריג במיוחד נוצר ברוסיה

פיזיקאים מהמכון לפיזיקה וטכנולוגיה של מוסקבה עם עמיתים מהאוניברסיטה הפדגוגית של מוסקבה ומאוניברסיטת מנצ'סטר יצרו גלאי קרינת טרה-הרץ רגיש במיוחד המבוסס על אפקט המנהור בגרפן. למעשה, טרנזיסטור מנהרה בעל אפקט שדה הפך לגלאי, שניתן לפתוח אותו באמצעות אותות "מהאוויר", ולא לשדר דרך מעגלים קונבנציונליים.

מנהור קוונטי. מקור תמונה: דריה סוקול, שירות העיתונות של MIPT

התגלית, שהתבססה על רעיונות הפיזיקאים מיכאיל דיאקונוב ומיכאיל שור שהוצעו בתחילת שנות ה-1990, מקרבת את עידן טכנולוגיות הטרה-הרץ האלחוטיות. המשמעות היא שמהירות התקשורת האלחוטית תגדל פי כמה, וטכנולוגיות מכ"ם ואבטחה, אסטרונומיה רדיו ואבחון רפואי יעלו לרמה חדשה לגמרי.

הרעיון של הפיזיקאים הרוסים היה שטרנזיסטור המנהרה הוצע לשמש לא להגברת אותות ודמודולציה, אלא כמכשיר ש"בעצמו הופך את האות המאופנן לרצף של ביטים או מידע קולי בגלל הקשר הלא ליניארי בין זרם למתח." במילים אחרות, אפקט המנהור יכול להתרחש ברמת אות נמוכה במיוחד בשער הטרנזיסטור, מה שיאפשר לטרנזיסטור ליזום זרם מנהור (פתוח) גם מאות חלש מאוד.

מדוע התוכנית הקלאסית של שימוש בטרנזיסטורים אינה מתאימה? כאשר עוברים לתחום הטרה-הרץ, לרוב הטרנזיסטורים הקיימים אין זמן לקבל את המטען הנדרש, כך שמעגל הרדיו הקלאסי עם מגבר אות חלש על טרנזיסטור ואחריו דמודולציה הופך ללא יעיל. יש צורך או לשפר טרנזיסטורים, שגם עובדים עד גבול מסוים, או להציע משהו אחר לגמרי. פיזיקאים רוסים הציעו בדיוק את ה"אחר" הזה.

טרנזיסטור מנהרת גרפן כגלאי טרה-הרץ. מקור תמונה: Nature Communications

"הרעיון של תגובה חזקה של טרנזיסטור מנהרה למתחים נמוכים ידוע כבר כחמש עשרה שנה", אומר אחד ממחברי המחקר, ראש המעבדה לאופטואלקטרוניקה של חומרים דו מימדיים במרכז לפוטוניקה. וחומרים דו-ממדיים ב-MIPT, דמיטרי סווינצוב. "לפנינו, אף אחד לא הבין שאפשר להשתמש באותה תכונה של טרנזיסטור מנהרה בטכנולוגיית גלאי טרה-הרץ". כפי שקבעו מדענים, "אם טרנזיסטור נפתח ונסגר היטב בהספק נמוך של אות הבקרה, אז הוא אמור להיות טוב גם בקליטת אות חלש מהאוויר."

לצורך הניסוי, המתואר בכתב העת Nature Communications, נוצר טרנזיסטור מנהרה על גרפן דו-שכבתי. הניסוי הראה שהרגישות של המכשיר במצב מנהרה גבוהה בכמה סדרי גודל מזו שבמצב תחבורה קלאסי. לפיכך, התברר שגלאי הטרנזיסטור הניסיוני לא גרוע יותר ברגישות מבולומטרים דומים של מוליכים למחצה ומוליכים למחצה הקיימים בשוק. התיאוריה מציעה שככל שהגרפן טהור יותר, כך הרגישות תהיה גבוהה יותר, מה שעולה בהרבה על היכולות של גלאי הטרה-הרץ המודרניים, וזו לא אבולוציה, אלא מהפכה בתעשייה.

מקור: 3dnews.ru