Maskvos fizikos ir technologijos instituto fizikai su kolegomis iš Maskvos valstybinio pedagoginio universiteto ir Mančesterio universiteto sukūrė labai jautrų terahercinį spinduliuotės detektorių, pagrįstą tuneliniu efektu grafene. Tiesą sakant, lauko efekto tunelinis tranzistorius buvo paverstas detektoriumi, kurį buvo galima atidaryti signalais „iš oro“, o ne perduoti įprastomis grandinėmis.
Kvantinis tunelis. Vaizdo šaltinis: Daria Sokol, MIPT spaudos tarnyba
Šis atradimas, pagrįstas fizikų Michailo Djakonovo ir Michailo Šuro idėjomis, pasiūlytomis 1990-ųjų pradžioje, priartina belaidžių terahercinių technologijų erą. Tai reiškia, kad belaidžio ryšio greitis padidės daug kartų, o radarų ir saugumo technologijos, radijo astronomija ir medicininė diagnostika pakils į visiškai naują lygį.
Rusų fizikų idėja buvo ta, kad tunelinį tranzistorių buvo pasiūlyta naudoti ne signalo stiprinimui ir demoduliacijai, o kaip įrenginį, kuris „dėl netiesinio ryšio moduliuojamą signalą paverčia bitų seka arba balso informacija. tarp srovės ir įtampos“. Kitaip tariant, tunelinis efektas gali atsirasti esant itin žemam signalo lygiui prie tranzistoriaus vartų, o tai leis tranzistoriui inicijuoti tuneliavimo srovę (atvirą) net nuo labai silpno signalo.
Kodėl klasikinė tranzistorių naudojimo schema netinka? Pereinant į terahercų diapazoną, dauguma esamų tranzistorių nespėja gauti reikiamo krūvio, todėl klasikinė radijo grandinė su silpnu tranzistoriaus signalo stiprintuvu, po kurio sekama demoduliacija, tampa neveiksminga. Reikia arba tobulinti tranzistorius, kurie irgi veikia iki tam tikros ribos, arba pasiūlyti visai ką kita. Rusų fizikai pasiūlė būtent šį „kitą“.
Grafeno tunelinis tranzistorius kaip terahercinis detektorius. Vaizdo šaltinis: Nature Communications
„Idėja apie stiprų tunelinio tranzistoriaus atsaką į žemą įtampą žinoma jau apie penkiolika metų“, – sako vienas iš tyrimo autorių, Fotonikos centro dvimačių medžiagų optoelektronikos laboratorijos vadovas. ir dvimatės medžiagos MIPT, Dmitrijus Svintsovas. „Prieš mus niekas nesuvokė, kad tą pačią tunelinio tranzistoriaus savybę galima panaudoti terahercinio detektoriaus technologijoje. Kaip nustatė mokslininkai, „jei tranzistorius gerai atsidaro ir užsidaro esant mažai valdymo signalo galiai, jis taip pat turėtų gerai paimti silpną signalą iš oro“.
Eksperimentui, aprašytam žurnale Nature Communications, ant dvisluoksnio grafeno buvo sukurtas tunelinis tranzistorius. Eksperimentas parodė, kad prietaiso jautrumas tunelio režimu yra keliomis eilėmis didesnis nei klasikinio transporto režimo. Taigi eksperimentinis tranzistorių detektorius savo jautrumu pasirodė ne ką prastesnis nei rinkoje esantys analogiški superlaidininkiniai ir puslaidininkiniai bolometrai. Teorija teigia, kad kuo grynesnis grafenas, tuo didesnis bus jautrumas, kuris gerokai viršija šiuolaikinių terahercinių detektorių galimybes, ir tai ne evoliucija, o revoliucija pramonėje.
Šaltinis: 3dnews.ru