研究人員設計了基于石墨烯的新型太赫茲探測器

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來自俄羅斯,英國,日本和意大利的一組研究人員創建了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。

Researchers design novel graphene-based terahertz detector image

該小組解釋說,現有太赫茲探測器效率低下的原因是探測元件的尺寸、約百萬分之一米的晶體管和典型的太赫茲輻射波長之間的不匹配,后者大約是前者的100倍。這會導致波在沒有任何相互作用的情況下通過檢測器。


過去有人提出,為了解決這個問題,入射波的能量可以壓縮成與探測器大小相當的體積。為此,探測器材料應支持稱為等離子體的特殊類型的“緊湊波”。它們代表傳導電子和相關電磁場的集體運動,與風暴來襲時隨風一起移動的海面海浪不同。理論上,這種探測器的效率在波共振下會進一步提高。


事實證明,實現這種探測器比預期的要困難。在大多數半導體材料中,等離子體受到快速的阻尼,也就是說,它們會由于電子與雜質的碰撞而消亡。石墨烯被認為是一種很有前途的出路,但直到最近,它還不夠干凈。


本研究的作者提出了一個長期存在的共振T波檢測問題的解決方案。他們制造了一個由雙層石墨烯制成的光電探測器,封裝在氮化硼晶體之間,并與太赫茲天線耦合。在這種夾層結構中,雜質被排出到石墨烯薄片的外部,使等離子體能夠自由傳播。金屬引線約束的石墨烯片形成等離子體諧振器,石墨烯的雙層結構實現了寬范圍的波速調諧。


該團隊開發了一種尺寸為幾微米的緊湊型太赫茲光譜儀,通過電壓調諧控制諧振頻率。 研究人員還展示了其探測器在基礎研究中的潛力:通過測量探測器中各種頻率和電子密度的電流,可以揭示等離子體的特性。


“我們的設備兼作靈敏探測器和光譜儀,工作在太赫茲范圍內,它也是研究二維材料等離子體的工具。所有這些都存在之前,但它們占據了整個光學平臺。 相同的功能,十幾微米,“共同作者,莫斯科物理學院光電子二維材料實驗室負責人Dmitry Svintsov說。


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