Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Графеновый детектор обнаруживает поляризацию ТГц света

Графеновый детектор обнаруживает поляризацию ТГц света

Опубликовал: Admin, 9-10-2020, 01:01, Нанотехнологии, 42, 0

Графеновый детектор обнаруживает поляризацию ТГц света

Физики создали широкополосный детектор терагерцового излучения на основе графена. Устройство имеет потенциал для применения в системах связи и передачи информации нового поколения, а также в охранном и медицинском оборудовании. Исследование вышло в ACS Nano Letters .

Новый детектор полагается на вмешательство плазменные волны . Вмешательство как таковое лежит в основе многих технологических приложений и повседневных явлений. Он определяет звук музыкальных инструментов и вызывает цвета радуги в мыльных пузырях, а также многие другие эффекты. Интерференция электромагнитных волн используется различными спектральными устройствами, используемыми для определения химического состава, физических и других свойств объектов, в том числе очень удаленных, таких как звезды и галактики.

Плазменные волны в металлах и полупроводниках в последнее время привлекают большое внимание исследователей и инженеров. Как и более известные акустические волны, те, которые возникают в плазме, по сути, тоже являются волнами плотности, но в них участвуют носители заряда: электроны и дырки. Их локальное изменение плотности приводит к возникновению электрического поля, которое подталкивает другие носители заряда, когда оно распространяется через материал. Это похоже на то, как градиент давления звуковой волны толкает частицы газа или жидкости во все расширяющуюся область. Однако в обычных проводниках плазменные волны быстро затухают.

Тем не менее, двумерные проводники позволяют плазменным волнам распространяться на относительно большие расстояния без затухания. Таким образом, становится возможным наблюдать их интерференцию, что дает много информации об электронных свойствах рассматриваемого материала. Плазмоника двумерных материалов возникла как высокодинамичная область физики конденсированного состояния.

За последние 10 лет ученые проделали большой путь в обнаружении ТГц излучения с помощью устройств на основе графена. Исследователи изучили механизмы взаимодействия T-волны с графеном и создали прототипы детекторов, характеристики которых не уступают аналогичным устройствам на основе других материалов.

Однако в исследованиях до сих пор не изучались детали взаимодействия детектора с четко поляризованными Т-лучами. При этом устройства, чувствительные к поляризации волн, могут быть использованы во многих приложениях. Исследование, представленное в этой статье, экспериментально продемонстрировало, как отклик детектора зависит от поляризации падающего излучения. Его авторы также объяснили, почему это так.

Соавтор исследования Яков Матюшкин из Лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ прокомментировал: «Детектор состоит из кремниевой пластины диаметром 4 на 4 миллиметра и крохотного кусочка графена размером 2 на 5 тысячных миллиметра. Графен соединен с две плоские контактные площадки из золота, форма которых в форме галстука-бабочки делает детектор чувствительным к поляризации и фазе падающего излучения.Кроме того, слой графена также встречается с другим золотым контактом наверху, между которыми проложен непроводящий слой оксида алюминия . "

В микроэлектронике эта структура известна как полевой транзистор с двумя боковыми контактами, обычно называемыми истоком и стоком. Верхний контакт называется воротами.

Терагерцовое излучение - это узкая полоса электромагнитного спектра между микроволнами и дальним инфракрасным светом. С точки зрения приложений, важной особенностью зубцов Т является то, что они проходят через живую ткань и частично поглощаются, но не вызывают ионизации и, следовательно, не причиняют вреда организму. Это, например, отличает ТГц излучение от рентгеновского.

Соответственно, областями применения Т-лучей являются медицинская диагностика и проверка безопасности. Детекторы ТГц используются также в астрономии. Еще одно развивающееся применение - передача данных на частотах ТГц. Это означает, что новый детектор может быть полезен при установлении стандартов связи следующего поколения 5G и 6G.

«Терагерцовое излучение направлено на экспериментальный образец перпендикулярно его поверхности. Это создает в образце фотонапряжение, которое может быть снято внешними измерительными приборами через золотые контакты детектора», - прокомментировал соавтор исследования Георгий Федоров, зам. Лаборатория наноуглеродных материалов МФТИ. «Здесь важно то, каков характер обнаруженного сигнала. На самом деле он может быть разным, и он зависит от множества внешних и внутренних параметров: геометрии образца, частоты, поляризации и мощности излучения, температуры и т. Д.»

Примечательно, что в новом детекторе используется графен, уже производимый промышленным способом. Графен бывает двух типов: материал можно либо механически расслоить, либо синтезировать путем химического осаждения из паровой фазы. Первый тип имеет более высокое качество, меньше дефектов и примесей и является рекордсменом по подвижности носителей заряда, что является важным свойством для полупроводников. Тем не менее, именно CVD-графен промышленность может масштабировать уже сегодня, что делает его предпочтительным материалом для устройств, стремящихся к массовому производству.

Другой соавтор исследования, Максим Рыбин из МФТИ и Института общей физики им. Прохорова РАН, является генеральным директором производителя графена Rusgraphene, и он так сказал о технологии: «Тот факт, что это был CVD-графен. мы наблюдали интерференцию плазменных волн, это означает, что такие ТГц детекторы на основе графена подходят для промышленного производства. Насколько нам известно, это первое наблюдение интерференции плазменных волн в CVD графен , так что наши исследования расширились. потенциальное промышленное применение материала ".

Команда показала, что природа фотоотклика нового детектора связана с интерференцией плазменных волн в канале транзистора. Распространение волны начинается с двух противоположных концов канала, а особая геометрия антенны делает устройство чувствительным к поляризации и фазе детектируемого излучения. Эти особенности означают, что детектор может оказаться полезным при построении систем связи и передачи информации, работающих на ТГц и суб-ТГц частотах.

В соавторстве исследователей из Лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ и их коллег из Московского педагогического государственного университета, Института Иоффе Российской академии наук и Университета Регенсбурга, Германия, написано исследование, о котором рассказывается в этой статье. Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований и Министерством науки и высшего образования России.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии