Создан терагерцевый детектор на основе волн в электронном море графена

Коллектив ученых из России, Англии, Японии и Италии создал терагерцевый детектор на основе графена.

4 209

Выбор редакции

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

 

Любая система беспроводной передачи информации предполагает наличие источников и детекторов электромагнитных волн, но не для любых волн они имеются. Например, существующие источники терагерцевого излучения потребляют огромную мощность или требуют низких температур.

 

Однако использование терагерцевых волн сулит повышение скорости передачи данных в Wi-Fi-системах, развитие новых методов медицинской диагностики, а также открытие объектов в радиоастрономии.

 

Причина неэффективности терагерцевых детекторов разница в длине волны излучения (~0,1 мм) и размере детектирующего элемента транзистора (~1 мкм). Волна «проскакивает» мимо детектора, не замечая его.

 

Для решения этой проблемы конце ХХ века было предложено «спрессовать» энергию падающей волны в объем, сравнимый с объемом детектора. Это возможно, если материал детектора поддерживает «компактные» волны — плазмоны.

 

Создан терагерцевый детектор на основе волн в электронном море графена

Схема детектора. Канал транзистора из двухслойного графена (bilayer graphene, BLG) зажат между кристаллами гексагонального нитрида бора (hBN), весь «сэндвич» находится на подложке окисленного кремния (SiO2/Si). Два лепестка терагерцевой антенны подключаются между истоком и затвором (левый и верхний электроды), сигнальное напряжение ΔU считывается между истоком и стоком (два крайних электрода) / Пресс-служба МФТИ

 

Такие волны представляют собой согласованное движение электронов проводимости и электромагнитного поля, подобно согласованному движению ветра и поверхности морской воды при зарождении шторма. В теории эффективность такого детектора должна возрастать в условиях резонанса.

 

Реализация детектора оказалась сложнее, чем писали теоретики. В большинстве полупроводников плазмоны быстро гаснут из-за столкновений электронов с примесями.

 

Надежды связывали с графеном, но и он не обладал до недавних пор достаточной чистотой. Авторы предложили решение проблемы детектирования терагерцевых волн.

 

Созданный фотодетектор представляет собой лист двухслойного графена, зажатый кристаллами нитрида бора и подключенный контактами к терагерцевой антенне. В таком «бутерброде» примеси выталкиваются к краям, давая плазмонам свободно распространяться.

 

При этом графен вместе с контактами образует резонатор для плазмонов, а двухслойность графена дает свободу для настройки скорости волн.

 

Ученые, по сути, получили компактный (несколько микрон) терагерцевый спектрометр, управляющийся путем изменения напряжения. Авторы показали также потенциал детектора и для фундаментальной науки. Измеряя ток детектора при изменении концентрации электронов и частоты, можно узнать о свойствах плазмонов.

 

«Наш прибор объединяет в себе чувствительный детектор и спектрометр терагерцевого излучения, а также инструмент для изучения плазмонов в двумерных материалах. Все эти вещи существовали и до нас, но они занимали размер целого оптического стола. А теперь та же функциональность “упакована” в десяток микрометров», рассказывает Дмитрий Свинцов, один из авторов работы и руководитель лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ.

 

Работа российской части коллектива была поддержана Российским научным фондом.

 

Naked Science Facebook VK Twitter
Физтех
126Статей
Московский физико-технический институт (МФТИ). Блог о последних научных открытиях ученых МФТИ и других российских вузов и исследовательских центров в различных областях науки, от астрофизики до генной инженерии.
4 209
Комментарии
Аватар пользователя Alex Alex
Вчера
На 1/7 части суши собрались все дешёвые понты
Аватар пользователя Вадим Бобровский
Вчера
БОльшая часть российский дорог не имеет даже твердого...
Аватар пользователя Вадим Бобровский
21 апр
человек есть создание и часть Вселенной и на данный...

Колумнисты

Физтех
126Статей
Сколтех
50Статей
Discovery Channel
36Статей
ТюмГУ
13Статей
СФУ
11Статей
Комментарии

Быстрый вход

Или авторизуйтесь с помощью:

на сайте, чтобы оставить комментарий.
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку