Фізики Московського фізико-технічного інституту з колегами з Московського педагогічного державного університету та університету Манчестера створили високочутливий детектор терагерцового випромінювання на основі тунельного ефекту у графені. Фактично на детектор було перетворено польовий тунельний транзистор, який зміг відкриватися сигналами «з повітря», а не переданими за звичайними ланцюгами.
Квантове тунелювання. Джерело зображення: Дар'я Сокіл, прес-служба МФТІ
Зроблене відкриття, в основу якого було покладено запропоновані ще на початку 1990-х років ідеї фізиків Михайла Дьяконова та Михайла Шура, наближає епоху бездротових терагерцевих технологій. Це означає, що швидкість бездротового зв'язку зросте багаторазово, а радарні технології та технології для систем безпеки, радіоастрономії та медичної діагностики піднімуться на якісно новий рівень.
Ідея російських фізиків полягала в тому, що тунельний транзистор було запропоновано використовувати не для посилення сигналу та демодуляції, а як прилад, який сам по собі перетворює модульований сигнал на послідовність бітів або голосову інформацію завдяки нелінійній залежності між струмом і напругою. Інакше кажучи, тунельний ефект може виникати при вкрай низькому рівні сигналу на затворі транзистора, що дозволить ініціювати транзистору тунельний струм (відкриватися) навіть від дуже слабкого сигналу.
Чому не підходить класична схема використання транзисторів? При переході в терагерцовий діапазон більшість існуючих транзисторів не встигають отримати потрібний заряд, тому класична схема радіосигналу з підсилювачем слабких сигналів на транзисторі з подальшою демодуляцією стає неефективною. Необхідно або вдосконалювати транзистори, що теж працює до певної межі, або пропонувати щось інше. Російські фізики саме це «інше» і запропонували.
Графеновий тунельний транзистор як терагерцевий детектор. Джерело зображення: Nature Communications
«Ідея сильної реакції тунельного транзистора на малі напруження відома близько п'ятнадцяти років, — розповідає один із авторів дослідження, керівник лабораторії оптоелектроніки двовимірних матеріалів Центру фотоніки та двовимірних матеріалів МФТІ Дмитро Свинцов. — До нас ніхто не усвідомлював, що ця властивість тунельного транзистора може бути застосована у технології терагерцових детекторів». Як встановили вчені, «якщо транзистор добре відкривається і закривається при малій потужності сигналу, що управляє, то він повинен і добре вловлювати слабкий сигнал з повітря».
Для експерименту, про який розповіли в журналі Nature Communications, створили тунельний транзистор на двошаровому графені. Експеримент показав, що чутливість пристрою в тунельному режимі кілька порядків перевищує аналогічну величину як класичного транспорту. Тим самим досвідчений транзистор-детектор виявився не гіршим за чутливістю, ніж аналогічні доступні на ринку надпровідникові та напівпровідникові болометри. Теорія підказує, що що чистіше буде графен, то вище буде чутливість, що перевищує можливості сучасних терагерцовых детекторів, але це не еволюція, а революція у галузі.
Джерело: 3dnews.ru