Các nhà vật lý tại Viện Vật lý và Công nghệ Moscow cùng với các đồng nghiệp từ Đại học Sư phạm Moscow và Đại học Manchester vừa tạo ra một máy dò bức xạ terahertz có độ nhạy cao dựa trên hiệu ứng xuyên hầm trong graphene. Trên thực tế, một bóng bán dẫn đường hầm hiệu ứng trường đã được biến thành một máy dò, có thể được mở bằng tín hiệu “từ không khí” và không được truyền qua các mạch thông thường.
Đường hầm lượng tử. Nguồn hình ảnh: Daria Sokol, cơ quan báo chí MIPT
Khám phá này dựa trên ý tưởng của các nhà vật lý Mikhail Dyakonov và Mikhail Shur đề xuất vào đầu những năm 1990, đã đưa kỷ nguyên của công nghệ terahertz không dây đến gần hơn. Điều này có nghĩa là tốc độ liên lạc không dây sẽ tăng lên gấp nhiều lần, các công nghệ radar và an ninh, thiên văn vô tuyến và chẩn đoán y tế sẽ nâng lên một tầm cao mới.
Ý tưởng của các nhà vật lý Nga là bóng bán dẫn đường hầm được đề xuất sử dụng không phải để khuếch đại và giải điều chế tín hiệu mà như một thiết bị “tự biến tín hiệu đã điều chế thành một chuỗi bit hoặc thông tin giọng nói do mối quan hệ phi tuyến tính”. giữa dòng điện và điện áp.” Nói cách khác, hiệu ứng đường hầm có thể xảy ra ở mức tín hiệu cực thấp ở cổng của bóng bán dẫn, điều này sẽ cho phép bóng bán dẫn bắt đầu dòng điện đường hầm (mở) ngay cả khi tín hiệu rất yếu.
Tại sao sơ đồ cổ điển sử dụng bóng bán dẫn không phù hợp? Khi chuyển sang dải terahertz, hầu hết các bóng bán dẫn hiện có không có thời gian để nhận được điện tích cần thiết, do đó mạch vô tuyến cổ điển với bộ khuếch đại tín hiệu yếu trên bóng bán dẫn sau đó giải điều chế trở nên không hiệu quả. Cần phải cải tiến các bóng bán dẫn, loại bóng bán dẫn này cũng hoạt động đến một giới hạn nhất định hoặc cung cấp thứ gì đó hoàn toàn khác. Các nhà vật lý Nga đã đề xuất chính xác cái “khác” này.
Bóng bán dẫn đường hầm graphene như một máy dò terahertz. Nguồn ảnh: Nature Communications
Một trong những tác giả của nghiên cứu, người đứng đầu phòng thí nghiệm quang điện tử của vật liệu hai chiều tại Trung tâm Quang tử, cho biết: “Ý tưởng về phản ứng mạnh mẽ của bóng bán dẫn đường hầm với điện áp thấp đã được biết đến trong khoảng mười lăm năm”. và Vật liệu hai chiều tại MIPT, Dmitry Svintsov. “Trước chúng tôi, không ai nhận ra rằng đặc tính tương tự này của bóng bán dẫn đường hầm có thể được sử dụng trong công nghệ máy dò terahertz.” Như các nhà khoa học đã chứng minh, “nếu một bóng bán dẫn đóng mở tốt ở mức công suất thấp của tín hiệu điều khiển, thì nó cũng có thể thu được tín hiệu yếu từ không khí rất tốt”.
Đối với thí nghiệm được mô tả trên tạp chí Nature Communications, một bóng bán dẫn dạng đường hầm đã được tạo ra trên graphene hai lớp. Thí nghiệm cho thấy độ nhạy của thiết bị ở chế độ đường hầm cao hơn vài bậc so với chế độ vận chuyển cổ điển. Do đó, máy dò bóng bán dẫn thử nghiệm hóa ra có độ nhạy không kém gì so với các máy đo cường độ bán dẫn và chất siêu dẫn tương tự hiện có trên thị trường. Lý thuyết cho thấy graphene càng tinh khiết thì độ nhạy càng cao, vượt xa khả năng của các máy dò terahertz hiện đại và đây không phải là một sự tiến hóa mà là một cuộc cách mạng trong ngành.
Nguồn: 3dnews.ru