Físicos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, com colegas da Universidade Estadual Pedagógica de Moscou e da Universidade de Manchester, criaram um detector de radiação terahertz altamente sensível baseado no efeito de tunelamento no grafeno. Na verdade, um transistor túnel de efeito de campo foi transformado em um detector, que poderia ser aberto por sinais “do ar”, e não transmitido através de circuitos convencionais.
Tunelamento quântico. Fonte da imagem: Daria Sokol, assessoria de imprensa do MIPT
A descoberta, que se baseou nas ideias dos físicos Mikhail Dyakonov e Mikhail Shur propostas no início da década de 1990, aproxima a era das tecnologias terahertz sem fio. Isso significa que a velocidade das comunicações sem fio aumentará muitas vezes, e as tecnologias de radar e segurança, a radioastronomia e os diagnósticos médicos atingirão um nível totalmente novo.
A ideia dos físicos russos era que o transistor túnel fosse proposto para ser usado não para amplificação e desmodulação de sinal, mas como um dispositivo que “por si só transforma o sinal modulado em uma sequência de bits ou informação de voz devido à relação não linear entre corrente e tensão.” Em outras palavras, o efeito de tunelamento pode ocorrer em um nível de sinal extremamente baixo na porta do transistor, o que permitirá ao transistor iniciar uma corrente de tunelamento (aberto) mesmo a partir de um sinal muito fraco.
Por que o esquema clássico de uso de transistores não é adequado? Ao passar para a faixa de terahertz, a maioria dos transistores existentes não tem tempo para receber a carga necessária, de modo que o circuito de rádio clássico com um amplificador de sinal fraco em um transistor seguido de demodulação torna-se ineficaz. É preciso melhorar os transistores, que também funcionam até certo limite, ou oferecer algo completamente diferente. Os físicos russos propuseram precisamente este “outro”.
Transistor túnel de grafeno como detector de terahertz. Fonte da imagem: Nature Communications
“A ideia de uma forte resposta de um transistor túnel a baixas tensões é conhecida há cerca de quinze anos”, diz um dos autores do estudo, chefe do laboratório de optoeletrônica de materiais bidimensionais do Centro de Fotônica. e Materiais Bidimensionais no MIPT, Dmitry Svintsov. “Antes de nós, ninguém percebeu que esta mesma propriedade de um transistor de túnel poderia ser usada na tecnologia de detector de terahertz.” Como os cientistas estabeleceram, “se um transistor abre e fecha bem com baixa potência do sinal de controle, então ele também deve ser bom para captar um sinal fraco do ar”.
Para o experimento, descrito na revista Nature Communications, um transistor túnel foi criado em grafeno bicamada. O experimento mostrou que a sensibilidade do dispositivo no modo túnel é várias ordens de grandeza maior do que no modo de transporte clássico. Assim, o detector experimental de transistor não apresentou pior sensibilidade do que bolômetros supercondutores e semicondutores semelhantes disponíveis no mercado. A teoria sugere que quanto mais puro o grafeno, maior será a sensibilidade, o que excede em muito as capacidades dos modernos detectores de terahertz, e isso não é uma evolução, mas uma revolução na indústria.
Fonte: 3dnews.ru