Fysikere fra Moscow Institute of Physics and Technology med kolleger fra Moscow State Pedagogical University og University of Manchester har laget en svært følsom terahertz-strålingsdetektor basert på tunneleffekten i grafen. Faktisk ble en felteffekt-tunneltransistor omgjort til en detektor, som kunne åpnes av signaler "fra luften", og ikke sendes gjennom konvensjonelle kretser.
Kvantetunnelering. Bildekilde: Daria Sokol, MIPT pressetjeneste
Oppdagelsen, som var basert på ideene til fysikerne Mikhail Dyakonov og Mikhail Shur som ble foreslått på begynnelsen av 1990-tallet, bringer nærmere æraen med trådløs terahertz-teknologi. Dette betyr at hastigheten på trådløs kommunikasjon vil øke mange ganger, og radar- og sikkerhetsteknologier, radioastronomi og medisinsk diagnostikk vil stige til et helt nytt nivå.
Ideen til de russiske fysikerne var at tunneltransistoren ble foreslått ikke brukt til signalforsterkning og demodulering, men som en enhet som "i seg selv gjør det modulerte signalet til en sekvens av biter eller stemmeinformasjon på grunn av det ikke-lineære forholdet mellom strøm og spenning." Tunneleffekten kan med andre ord oppstå ved et ekstremt lavt signalnivå ved transistorens gate, noe som vil tillate transistoren å starte en tunnelstrøm (åpen) selv fra et veldig svakt signal.
Hvorfor er det klassiske opplegget med å bruke transistorer ikke egnet? Når du flytter til terahertz-området, har de fleste eksisterende transistorer ikke tid til å motta den nødvendige ladningen, så den klassiske radiokretsen med en svak signalforsterker på en transistor etterfulgt av demodulering blir ineffektiv. Det er nødvendig enten å forbedre transistorer, som også fungerer opp til en viss grense, eller å tilby noe helt annet. Russiske fysikere foreslo nettopp denne "andre".
Grafen tunnel transistor som en terahertz detektor. Bildekilde: Nature Communications
"Ideen om en sterk respons fra en tunneltransistor på lavspenning har vært kjent i omtrent femten år," sier en av forfatterne av studien, leder for laboratoriet for optoelektronikk av todimensjonale materialer ved Center for Photonics og todimensjonale materialer ved MIPT, Dmitry Svintsov. "Før oss var det ingen som skjønte at den samme egenskapen til en tunneltransistor kunne brukes i terahertz-detektorteknologi." Som forskere har fastslått, "hvis en transistor åpner og lukker godt ved lav effekt av kontrollsignalet, bør den også være god til å fange opp et svakt signal fra luften."
For eksperimentet, beskrevet i tidsskriftet Nature Communications, ble det laget en tunneltransistor på tolagsgrafen. Eksperimentet viste at følsomheten til enheten i tunnelmodus er flere størrelsesordener høyere enn i klassisk transportmodus. Dermed viste den eksperimentelle transistordetektoren seg ikke å være dårligere i følsomhet enn tilsvarende superleder- og halvlederbolometre tilgjengelig på markedet. Teorien antyder at jo renere grafen, jo høyere vil følsomheten være, noe som langt overgår mulighetene til moderne terahertz-detektorer, og dette er ikke en evolusjon, men en revolusjon i bransjen.
Kilde: 3dnews.ru