Fiziķi no Maskavas Fizikas un tehnoloģijas institūta ar kolēģiem no Maskavas Valsts pedagoģiskās universitātes un Mančestras universitātes ir izveidojuši ļoti jutīgu terahercu starojuma detektoru, kura pamatā ir tuneļa efekts grafēnā. Faktiski lauka efekta tuneļa tranzistors tika pārvērsts par detektoru, kuru varēja atvērt ar signāliem “no gaisa”, nevis pārraidīt caur parastajām shēmām.
Kvantu tunelēšana. Attēla avots: Daria Sokol, MIPT preses dienests
Atklājums, kura pamatā bija 1990. gadu sākumā ierosinātās fiziķu Mihaila Djakonova un Mihaila Šura idejas, tuvina bezvadu terahercu tehnoloģiju laikmetu. Tas nozīmē, ka bezvadu sakaru ātrums palielināsies daudzkārt, un radaru un drošības tehnoloģijas, radioastronomija un medicīniskā diagnostika pacelsies pilnīgi jaunā līmenī.
Krievu fiziķu ideja bija tāda, ka tuneļa tranzistoru tika ierosināts izmantot nevis signāla pastiprināšanai un demodulācijai, bet gan kā ierīci, kas "nelineārās attiecības dēļ pati pārvērš modulēto signālu bitu secībā vai balss informācijā starp strāvu un spriegumu." Citiem vārdiem sakot, tunelēšanas efekts var rasties ļoti zemā signāla līmenī pie tranzistora vārtiem, kas ļaus tranzistoram ierosināt tunelēšanas strāvu (atvērtu) pat no ļoti vāja signāla.
Kāpēc klasiskā tranzistoru izmantošanas shēma nav piemērota? Pārejot uz terahercu diapazonu, lielākajai daļai esošo tranzistoru nav laika saņemt nepieciešamo lādiņu, tāpēc klasiskā radio ķēde ar vāju signāla pastiprinātāju uz tranzistora, kam seko demodulācija, kļūst neefektīva. Vajag vai nu uzlabot tranzistorus, kas arī strādā līdz noteiktai robežai, vai arī piedāvāt pavisam ko citu. Krievu fiziķi ierosināja tieši šo "citu".
Grafēna tuneļa tranzistors kā terahercu detektors. Attēla avots: Nature Communications
"Ideja par spēcīgu tuneļa tranzistora reakciju uz zemu spriegumu ir zināma apmēram piecpadsmit gadus," saka viens no pētījuma autoriem, Fotonikas centra divdimensiju materiālu optoelektronikas laboratorijas vadītājs. un divdimensiju materiāli MIPT, Dmitrijs Svincovs. "Pirms mums neviens neapzinājās, ka šo pašu tuneļa tranzistora īpašību var izmantot terahercu detektoru tehnoloģijā." Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka "ja tranzistors labi atveras un aizveras ar zemu vadības signāla jaudu, tam vajadzētu arī labi uztvert vāju signālu no gaisa."
Eksperimentam, kas aprakstīts žurnālā Nature Communications, uz divslāņu grafēna tika izveidots tuneļa tranzistors. Eksperiments parādīja, ka ierīces jutība tuneļa režīmā ir par vairākām kārtām augstāka nekā klasiskajā transporta režīmā. Tādējādi eksperimentālais tranzistoru detektors jutības ziņā izrādījās ne mazāks par līdzīgiem tirgū pieejamiem supravadītāju un pusvadītāju bolometriem. Teorija liecina, ka jo tīrāks ir grafēns, jo augstāka būs jutība, kas krietni pārsniedz mūsdienu terahercu detektoru iespējas, un tā nav evolūcija, bet gan revolūcija nozarē.
Avots: 3dnews.ru