Категорії
Різне

Високочутливий терагерцовий детектор

Вчені з МФТІ Московського педагогічного держуніверситету і Манчестерського університету створили високочутливий детектор електромагнітного випромінювання в терагерцовому діапазоні (діапазон довжин хвиль від 1 до 0,1 мм). Розробка заснована на ефекті квантово-механічного тунелювання.

Науковці використали унікальний матеріал – двошаровий графен, в якому положенням енергетичних рівнів можна керувати за допомогою електричної напруги. Мінімальний сигнал, який розрізняє детектор на галасливому фоні, вже складає конкуренцію комерційно доступним надпровідним і напівпровідниковим приладам. Однак це не межа.

Чутливість детектора можна підвищити в сотні разів при використанні більш чистих зразків з низькою концентрацією залишкових домішок. Представлені результати є прикладом успішної співпраці між кількома дослідницькими групами.

Графен – двовимірна алотропна модифікація вуглецю, утворена шаром атомів вуглецю товщиною в один атом.

«Детектор представляє собою кремнієву пластинку розміром 4х4 мм. На цій платівці лежить маленький шматочок графену розміром 2х5 мкм. Графен з’єднаний з двома плоскими золотими контактами, які спеціально виготовлені у формі краватки-метелика для забезпечення чутливості детектора до поляризації і фази падаючого випромінювання. Зверху графен з’єднаний ще з одним золотим контактом через шар оксиду алюмінію», – коментує один з авторів дослідження Я. Матюшкін.

Високочутливий терагерцовий детектор
Схема детектора: а) оптична фотографія пристрою (вигляд зверху); б) збільшена фотографія чутливої частини детектора; в) принципова схема детектора (бічний розріз)

Терагерцове випромінювання направляється на експериментальний зразок перпендикулярно до його поверхні і породжує в ньому фотонапругу, яка реєструється зовнішніми вимірювальними приладами через золоті контакти на детекторі.

Вчені показали, що природою фотовідповіді детектора є інтерференція плазмових хвиль в каналі транзистора. Вони поширюються з двох різних кінців транзисторного каналу. Особлива геометрія антени дозволяє здійснювати детектування, чутливе до поляризації і фази випромінювання.

Завдяки цим властивостям розробка може бути затребувана при побудові систем зв’язку і передачі інформації на ТГц і суб-ТГц частотах. Для виготовлення пристрою використовувався CVD-графен, його якість значно нижча, ніж у відлущеного графену, проте вже зараз є можливість виробляти його в промисловому масштабі.

Високочутливий терагерцовий детектор
Плазмова хвиля (схема роботи детектора)

Джерело