Fiziki z Moskovskega inštituta za fiziko in tehnologijo so s kolegi iz Moskovske državne pedagoške univerze in Univerze v Manchestru ustvarili zelo občutljiv detektor teraherčnega sevanja, ki temelji na učinku tuneliranja v grafenu. Pravzaprav so tunelski tranzistor z učinkom polja spremenili v detektor, ki ga je mogoče odpreti s signali "iz zraka" in ne prenašati prek običajnih tokokrogov.
Kvantno tuneliranje. Vir slike: Daria Sokol, tiskovna služba MIPT
Odkritje, ki temelji na zamislih fizikov Mihaila Djakonova in Mihaila Šura, predlaganih v zgodnjih devetdesetih letih, približuje dobo brezžičnih teraherčnih tehnologij. To pomeni, da se bo hitrost brezžične komunikacije večkrat povečala, radarske in varnostne tehnologije, radioastronomija in medicinska diagnostika pa se bodo dvignile na povsem novo raven.
Ideja ruskih fizikov je bila, da se tunelski tranzistor ne uporablja za ojačanje in demodulacijo signala, temveč kot naprava, ki »sama po sebi pretvori moduliran signal v zaporedje bitov ali glasovnih informacij zaradi nelinearnega razmerja med tokom in napetostjo." Z drugimi besedami, učinek tuneliranja se lahko pojavi pri izjemno nizki ravni signala na vratih tranzistorja, kar bo omogočilo tranzistorju, da sproži tunelski tok (odprt) tudi iz zelo šibkega signala.
Zakaj klasična shema uporabe tranzistorjev ni primerna? Pri prehodu na območje terahercev večina obstoječih tranzistorjev nima časa za sprejem potrebnega naboja, zato postane klasično radijsko vezje s šibkim signalnim ojačevalnikom na tranzistorju, ki mu sledi demodulacija, neučinkovito. Treba je bodisi izboljšati tranzistorje, kar tudi deluje do določene meje, bodisi ponuditi nekaj povsem drugega. Ruski fiziki so predlagali natanko to »drugo«.
Grafenski tunelski tranzistor kot teraherčni detektor. Vir slike: Nature Communications
»Ideja o močnem odzivu tunelskega tranzistorja na nizke napetosti je znana že približno petnajst let,« pravi eden od avtorjev študije, vodja laboratorija za optoelektroniko dvodimenzionalnih materialov v Centru za fotoniko. in dvodimenzionalni materiali na MIPT, Dmitry Svintsov. "Pred nami se nihče ni zavedal, da bi lahko to isto lastnost tunelskega tranzistorja uporabili v tehnologiji teraherčnih detektorjev." Kot so ugotovili znanstveniki, "če se tranzistor dobro odpre in zapre pri nizki moči krmilnega signala, bi moral biti dober tudi pri zajemanju šibkega signala iz zraka."
Za poskus, opisan v reviji Nature Communications, je bil ustvarjen tunelski tranzistor na dvoslojnem grafenu. Poskus je pokazal, da je občutljivost naprave v tunelskem načinu za nekaj velikostnih redov višja kot v klasičnem transportnem načinu. Tako se je izkazalo, da eksperimentalni tranzistorski detektor po občutljivosti ni nič slabši od podobnih superprevodniških in polprevodniških bolometrov, ki so na voljo na trgu. Teorija nakazuje, da čistejši kot je grafen, večja bo občutljivost, ki daleč presega zmožnosti sodobnih teraherčnih detektorjev, pri čemer ne gre za evolucijo, temveč za revolucijo v industriji.
Vir: 3dnews.ru