Fyzici z Moskovského inštitútu fyziky a technológie s kolegami z Moskovskej štátnej pedagogickej univerzity a Univerzity v Manchestri vytvorili vysoko citlivý detektor terahertzového žiarenia založený na tunelovom efekte v graféne. V skutočnosti sa tunelový tranzistor s efektom poľa zmenil na detektor, ktorý bolo možné otvoriť signálmi „zo vzduchu“ a neprenášať ho cez bežné obvody.
Kvantové tunelovanie. Zdroj obrázkov: Daria Sokol, tlačová služba MIPT
Objav, ktorý vychádzal z myšlienok fyzikov Michaila Dyakonova a Michaila Shura navrhnutých začiatkom 1990. rokov, približuje éru bezdrôtových terahertzových technológií. To znamená, že rýchlosť bezdrôtovej komunikácie sa mnohonásobne zvýši a radarové a bezpečnostné technológie, rádioastronómia a lekárska diagnostika sa posunú na úplne novú úroveň.
Myšlienka ruských fyzikov bola, že tunelový tranzistor bol navrhnutý tak, aby sa nepoužíval na zosilnenie a demoduláciu signálu, ale ako zariadenie, ktoré „samo premieňa modulovaný signál na sekvenciu bitov alebo hlasových informácií v dôsledku nelineárneho vzťahu. medzi prúdom a napätím." Inými slovami, tunelovací efekt môže nastať pri extrémne nízkej úrovni signálu na hradle tranzistora, čo umožní tranzistoru iniciovať tunelovací prúd (otvorený) aj z veľmi slabého signálu.
Prečo nie je vhodná klasická schéma použitia tranzistorov? Pri prechode na terahertzovú oblasť väčšina existujúcich tranzistorov nestihne prijať potrebný náboj, takže klasický rádiový obvod so slabým zosilňovačom signálu na tranzistore s následnou demoduláciou sa stáva neúčinným. Je potrebné buď vylepšiť tranzistory, ktoré tiež fungujú do určitej hranice, alebo ponúknuť niečo úplne iné. Ruskí fyzici navrhli presne toto „iné“.
Grafénový tunelový tranzistor ako terahertzový detektor. Zdroj obrázkov: Nature Communications
„Myšlienka silnej odozvy tunelového tranzistora na nízke napätie je známa už asi pätnásť rokov,“ hovorí jeden z autorov štúdie, vedúci laboratória optoelektroniky dvojrozmerných materiálov v Centre pre fotoniku. a dvojrozmerné materiály v MIPT, Dmitrij Svintsov. "Pred nami si nikto neuvedomil, že rovnakú vlastnosť tunelového tranzistora možno použiť v technológii terahertzových detektorov." Ako vedci zistili, „ak sa tranzistor dobre otvára a zatvára pri nízkom výkone riadiaceho signálu, potom by mal byť dobrý aj pri zachytávaní slabého signálu zo vzduchu“.
Pre experiment opísaný v časopise Nature Communications bol vytvorený tunelový tranzistor na dvojvrstvovom graféne. Experiment ukázal, že citlivosť zariadenia v tunelovom režime je o niekoľko rádov vyššia ako v klasickom dopravnom režime. Ukázalo sa teda, že experimentálny tranzistorový detektor nie je o nič horší v citlivosti ako podobné supravodivé a polovodičové bolometre dostupné na trhu. Teória naznačuje, že čím čistejší grafén, tým vyššia bude citlivosť, ktorá ďaleko presahuje možnosti moderných terahertzových detektorov a nejde o evolúciu, ale o revolúciu v tomto odvetví.
Zdroj: 3dnews.ru