Fizicienii de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova împreună cu colegii de la Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și de la Universitatea din Manchester au creat un detector de radiații terahertz extrem de sensibil, bazat pe efectul de tunel al grafenului. De fapt, un tranzistor tunel cu efect de câmp a fost transformat într-un detector, care putea fi deschis prin semnale „din aer”, și nu transmis prin circuite convenționale.
Tunnel cuantic. Sursa imagine: Daria Sokol, serviciul de presă MIPT
Descoperirea, care s-a bazat pe ideile fizicienilor Mikhail Dyakonov și Mikhail Shur propuse la începutul anilor 1990, aduce mai aproape epoca tehnologiilor wireless terahertz. Aceasta înseamnă că viteza comunicațiilor fără fir va crește de multe ori, iar tehnologiile radar și de securitate, radioastronomia și diagnosticarea medicală se vor ridica la un nivel cu totul nou.
Ideea fizicienilor ruși a fost că tranzistorul tunel a fost propus să fie folosit nu pentru amplificarea și demodularea semnalului, ci ca un dispozitiv care „transformă singur semnalul modulat într-o secvență de biți sau informații vocale datorită relației neliniare. între curent și tensiune.” Cu alte cuvinte, efectul de tunelare poate apărea la un nivel de semnal extrem de scăzut la poarta tranzistorului, ceea ce va permite tranzistorului să inițieze un curent de tunel (deschis) chiar și de la un semnal foarte slab.
De ce schema clasică de utilizare a tranzistorilor nu este potrivită? La trecerea la intervalul de teraherți, majoritatea tranzistoarelor existente nu au timp să primească încărcarea necesară, astfel încât circuitul radio clasic cu un amplificator de semnal slab pe un tranzistor urmat de demodulare devine ineficient. Este necesar fie să îmbunătățim tranzistoarele, care funcționează și până la o anumită limită, fie să oferim ceva complet diferit. Fizicienii ruși au propus tocmai acest „altul”.
Tranzistor tunel de grafen ca detector de terahertzi. Sursa imagine: Nature Communications
„Ideea unui răspuns puternic al unui tranzistor tunel la tensiuni joase este cunoscută de aproximativ cincisprezece ani”, spune unul dintre autorii studiului, șeful laboratorului de optoelectronică a materialelor bidimensionale de la Centrul de Fotonică. și materiale bidimensionale la MIPT, Dmitri Svintsov. „Înainte de noi, nimeni nu și-a dat seama că aceeași proprietate a unui tranzistor tunel ar putea fi folosită în tehnologia detectoarelor de teraherți.” După cum au stabilit oamenii de știință, „dacă un tranzistor se deschide și se închide bine la puterea scăzută a semnalului de control, atunci ar trebui să fie bun și la captarea unui semnal slab din aer”.
Pentru experimentul, descris în revista Nature Communications, a fost creat un tranzistor tunel pe grafen cu două straturi. Experimentul a arătat că sensibilitatea dispozitivului în modul tunel este cu câteva ordine de mărime mai mare decât cea în modul de transport clasic. Astfel, detectorul experimental cu tranzistori nu s-a dovedit a fi mai slab ca sensibilitate decât bolometrele cu supraconductor și semiconductor similare disponibile pe piață. Teoria sugerează că cu cât grafenul este mai pur, cu atât sensibilitatea va fi mai mare, ceea ce depășește cu mult capacitățile detectorilor moderni de teraherți, iar aceasta nu este o evoluție, ci o revoluție în industrie.
Sursa: 3dnews.ru