2018-12-21 23:12:02
新型T波探测器使用石墨烯中的电子海波

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来自俄罗斯,英国,日本和意大利的一组研究人员创建了一个基于石墨烯的太赫兹探测器。该研究发表在Nature Communications上。

任何用于无线数据传输的系统都依赖于电磁波源和探测器,但它们不适用于各种波。现有的太赫兹辐射源在微波和红外光之间占据中间地带,消耗太多功率或需要强烈冷却。然而,T波可能有助于实现更快的Wi-Fi,新的医疗诊断方法以及使用射电望远镜研究空间物体。

现有太赫兹探测器效率低的原因是探测元件的尺寸,大约百万分之一米的晶体管与太赫兹辐射的典型波长之间的不匹配,这是大约100倍。这导致波在没有任何相互作用的情况下滑过探测器。

1996年,有人提出,要解决这个问题,可以将入射波的能量压缩成与探测器大小相当的体积。为此,探测器材料应该支持一种特殊类型的“紧凑波”,称为等离子体。它们代表了传导电子和相关电磁场的集体运动,与风暴所在的表面海浪与风一起移动不同。理论上,这种探测器的效率在波共振下进一步增加。

实施这样的探测器证明比预期更难。在大多数半导体材料中,等离子体经历快速阻尼 - 即,由于电子与杂质碰撞而导致它们消失。石墨烯被认为是一种很有前途的出路,但直到最近,它还不够清洁。

该研究的作者提出了解决共振T波检测这一长期问题的解决方案。他们创造了一种光电探测器(图1),由双层石墨烯制成,封装在氮化硼晶体之间,并与太赫兹天线耦合。在这种夹层结构中,杂质被排出到石墨烯薄片的外部,使得等离子体能够自由地传播。由金属引线限制的石墨烯片形成等离子体共振器,并且石墨烯的双层结构能够在宽范围内进行波速调节。

实际上,该团队已开发出一种尺寸为几微米的紧凑型太赫兹光谱仪,其谐振频率通过电压调谐来控制。物理学家还展示了他们的探测器用于基础研究的潜力:通过测量探测器中各种频率和电子密度的电流,可以揭示等离子体的特性。

“我们的设备兼作灵敏探测器和光谱仪,工作在太赫兹范围内,它也是研究二维材料等离子体的工具。所有这些都存在之前,但它们占据了整个光学平台。相同的功能,十几微米,“共同作者,莫斯科物理学院光电子二维材料实验室负责人Dmitry Svintsov说。

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