Российские исследователи выяснили, что можно увеличить чувствительность детекторов терагерцового излучения, созданных на основе двуслойного графена, без столкновения с фундаментальными ограничениями, связанными с материалом.
Это открытие откроет возможности для создания детекторов нового поколения, которые будут использоваться в сверхскоростных системах связи и в промышленных диагностических системах.
Как указывается в сообщении, терагерцовый диапазон электромагнитного спектра является многообещающим для беспроводной передачи данных в Wi-Fi и мобильных сетях шестого поколения и выше. Применение терагерцового излучения может обеспечить скорость передачи данных, значительно превышающую существующие, однако его развитие замедляется из-за нехватки компактных и высокочувствительных детекторов.
Три года назад российские и сингапурские ученые пришли к выводу, что эту проблему можно решить, используя двухслойные графеновые структуры для создания датчиков терагерцовых волн. При воздействии внешнего поля такая конструкция становится аналогом классического полупроводника, в котором можно гибко управлять количеством носителей заряда, «настраивая» его на максимальную чувствительность к поглощаемым волнам.
После достижения этого результата, исследователи из МФТИ начали изучать, как ширина запрещенной зоны влияет на чувствительность и другие характеристики графенового детектора терагерцовых волн. Эта ширина является одной из ключевых характеристик полупроводников, определяющей энергии, которыми могут обладать электроны в материале, и напрямую влияющей на их оптические и электрические свойства.
«В нашей новой работе мы стремились определить пределы возможностей графена, ожидая, что характеристики детектора стабилизируются, но чувствительность продолжала линейно расти даже при рекордной ширине запрещенной зоны. Это открытие меняет представление о потенциале графена в фотонике», — объяснил заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов.
В частности, эксперименты показали, что чувствительность детектора терагерцовых волн можно увеличить примерно в 20 раз, если расширить ширину запрещенной зоны до рекордных значений за счет внедрения прослоек из диоксида гафния, материала с диэлектрическими свойствами. В будущем это позволит не только создавать новые системы беспроводной передачи данных, но и разрабатывать сверхчувствительные детекторы для обнаружения дефектов в нефтегазовых трубопроводах и компонентах атомных реакторов.
Фото: hi-tech.mail.ru