Fysiker från Moscow Institute of Physics and Technology med kollegor från Moscow State Pedagogical University och University of Manchester har skapat en mycket känslig terahertzstrålningsdetektor baserad på tunneleffekten i grafen. Faktum är att en fälteffekttunneltransistor förvandlades till en detektor, som kunde öppnas av signaler "från luften", och inte sändas genom konventionella kretsar.
Kvanttunneling. Bildkälla: Daria Sokol, MIPT presstjänst
Upptäckten, som baserades på idéerna från fysikerna Mikhail Dyakonov och Mikhail Shur som föreslogs i början av 1990-talet, för närmare den trådlösa terahertz-teknikens era. Det betyder att hastigheten på trådlös kommunikation kommer att öka många gånger om, och radar- och säkerhetsteknik, radioastronomi och medicinsk diagnostik kommer att stiga till en helt ny nivå.
Tanken med de ryska fysikerna var att tunneltransistorn föreslogs inte användas för signalförstärkning och demodulering, utan som en enhet som "av sig själv förvandlar den modulerade signalen till en sekvens av bitar eller röstinformation på grund av det olinjära förhållandet mellan ström och spänning." Med andra ord kan tunneleffekten uppstå vid en extremt låg signalnivå vid transistorns gate, vilket gör att transistorn kan initiera en tunnelström (öppen) även från en mycket svag signal.
Varför är det klassiska systemet med att använda transistorer inte lämpligt? När man flyttar till terahertz-området har de flesta befintliga transistorer inte tid att ta emot den laddning som krävs, så den klassiska radiokretsen med en svag signalförstärkare på en transistor följt av demodulering blir ineffektiv. Det är nödvändigt att antingen förbättra transistorer, som också fungerar upp till en viss gräns, eller att erbjuda något helt annat. Ryska fysiker föreslog just denna "andra".
Grafentunneltransistor som terahertzdetektor. Bildkälla: Nature Communications
"Idén om ett starkt svar från en tunneltransistor på lågspänning har varit känd i cirka femton år", säger en av författarna till studien, chef för laboratoriet för optoelektronik av tvådimensionella material vid Center for Photonics och tvådimensionella material vid MIPT, Dmitry Svintsov. "Innan oss insåg ingen att samma egenskap hos en tunneltransistor kunde användas i terahertz-detektorteknik." Som forskare har fastställt, "om en transistor öppnar och stänger bra vid låg effekt av styrsignalen, bör den också vara bra på att fånga upp en svag signal från luften."
För experimentet, som beskrivs i tidskriften Nature Communications, skapades en tunneltransistor på tvåskiktsgrafen. Experimentet visade att enhetens känslighet i tunnelläge är flera storleksordningar högre än i klassiskt transportläge. Således visade sig den experimentella transistordetektorn inte vara sämre i känslighet än liknande supraledare- och halvledarbolometrar som finns på marknaden. Teorin antyder att ju renare grafen, desto högre blir känsligheten, vilket vida överstiger kapaciteten hos moderna terahertzdetektorer, och detta är inte en evolution, utan en revolution i branschen.
Källa: 3dnews.ru