นักฟิสิกส์จากสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโกร่วมกับเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐมอสโกและมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ได้สร้างเครื่องตรวจจับรังสีเทราเฮิร์ตซ์ที่มีความไวสูงโดยอาศัยผลของการขุดอุโมงค์ในกราฟีน ในความเป็นจริง ทรานซิสเตอร์แบบอุโมงค์เอฟเฟกต์สนามได้กลายมาเป็นเครื่องตรวจจับ ซึ่งสามารถเปิดได้ด้วยสัญญาณ "จากอากาศ" และไม่ส่งผ่านวงจรทั่วไป
อุโมงค์ควอนตัม แหล่งที่มาของภาพ: Daria Sokol, บริการกด MIPT
การค้นพบนี้ซึ่งมีพื้นฐานมาจากแนวคิดของนักฟิสิกส์ มิคาอิล ไดยาโคนอฟ และ มิคาอิล ชูร์ ที่เสนอเมื่อต้นทศวรรษ 1990 ทำให้ยุคของเทคโนโลยีเทราเฮิร์ตซ์ไร้สายเข้าใกล้ยิ่งขึ้น ซึ่งหมายความว่าความเร็วของการสื่อสารไร้สายจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า และเทคโนโลยีเรดาร์และความปลอดภัย ดาราศาสตร์วิทยุ และการวินิจฉัยทางการแพทย์จะก้าวไปสู่ระดับใหม่ทั้งหมด
แนวคิดของนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียก็คือว่าอุโมงค์ทรานซิสเตอร์ถูกเสนอให้ใช้ไม่ใช่สำหรับการขยายสัญญาณและดีโมดูเลชัน แต่เป็นอุปกรณ์ที่ "เปลี่ยนสัญญาณมอดูเลตด้วยตัวเองเป็นลำดับของบิตหรือข้อมูลเสียงเนื่องจากความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้น ระหว่างกระแสและแรงดัน” กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอฟเฟกต์อุโมงค์สามารถเกิดขึ้นได้ที่ระดับสัญญาณต่ำมากที่เกตของทรานซิสเตอร์ ซึ่งจะทำให้ทรานซิสเตอร์เริ่มต้นกระแสอุโมงค์ (เปิด) แม้จากสัญญาณที่อ่อนมากก็ตาม
เหตุใดรูปแบบคลาสสิกของการใช้ทรานซิสเตอร์จึงไม่เหมาะ เมื่อย้ายไปยังช่วงเทราเฮิร์ตซ์ ทรานซิสเตอร์ที่มีอยู่ส่วนใหญ่จะไม่มีเวลารับประจุที่ต้องการ ดังนั้นวงจรวิทยุแบบคลาสสิกที่มีเครื่องขยายสัญญาณอ่อนบนทรานซิสเตอร์ตามด้วยดีโมดูเลชั่นจึงไม่มีประสิทธิภาพ มีความจำเป็นต้องปรับปรุงทรานซิสเตอร์ซึ่งใช้งานได้ถึงขีดจำกัดหรือนำเสนอสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียเสนอแนวคิด "อื่น ๆ " นี้อย่างชัดเจน
ทรานซิสเตอร์อุโมงค์กราฟีนเป็นเครื่องตรวจจับเทราเฮิร์ตซ์ แหล่งที่มาของภาพ: การสื่อสารทางธรรมชาติ
“ แนวคิดเรื่องการตอบสนองที่แข็งแกร่งของทรานซิสเตอร์แบบอุโมงค์ต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำนั้นเป็นที่รู้กันมานานประมาณสิบห้าปีแล้ว” หนึ่งในผู้เขียนการศึกษาหัวหน้าห้องปฏิบัติการออปโตอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุสองมิติที่ศูนย์โฟโตนิกส์กล่าว และวัสดุสองมิติที่ MIPT, Dmitry Svintsov “ก่อนหน้าเรา ไม่มีใครตระหนักได้ว่าคุณสมบัติเดียวกันของทรานซิสเตอร์แบบอุโมงค์นี้สามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยีเครื่องตรวจจับเทราเฮิร์ตซ์ได้” ดังที่นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดไว้แล้ว “หากทรานซิสเตอร์เปิดและปิดได้ดีด้วยพลังงานต่ำของสัญญาณควบคุม ก็ควรจะรับสัญญาณอ่อนจากอากาศได้ดีเช่นกัน”
สำหรับการทดลองตามที่อธิบายไว้ในวารสาร Nature Communications ได้มีการสร้างทรานซิสเตอร์แบบอุโมงค์บนกราฟีนแบบสองชั้น การทดลองแสดงให้เห็นว่าความไวของอุปกรณ์ในโหมดทันเนลนั้นสูงกว่าในโหมดการขนส่งแบบคลาสสิกหลายระดับ ดังนั้นเครื่องตรวจจับทรานซิสเตอร์แบบทดลองจึงไม่มีความไวที่แย่ไปกว่าโบโลมิเตอร์ตัวนำยิ่งยวดและเซมิคอนดักเตอร์ที่คล้ายกันที่มีอยู่ในตลาด ทฤษฎีนี้ชี้ให้เห็นว่ายิ่งกราฟีนบริสุทธิ์เท่าใด ความไวก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ซึ่งเกินกว่าความสามารถของเครื่องตรวจจับเทอร์เฮิร์ตซ์สมัยใหม่อย่างมาก และนี่ไม่ใช่วิวัฒนาการ แต่เป็นการปฏิวัติในอุตสาหกรรม
ที่มา: 3dnews.ru