Физика

На основе графена создали детектор терагерцового излучения

Juniks/HZDR

Физики создали широкополосный и чувствительный к поляризации детектор терагерцового излучения на основе графена. Разработка может найти применение в системах связи и передачи информации нового поколения, а также в системах безопасности и медицине. Работа опубликована в журнале ACS Nano Letters.

Терагерцовое излучение — узкая область электромагнитного спектра, лежащая между дальними ИК и микроволнами. Оно проходит сквозь живые организмы, частично поглощаясь в тканях, но при этом не является ионизирующим и не оказывает вредного воздействия на организм. Поэтому традиционными областями его применения стали медицинская диагностика и системы безопасности. Кроме того, ТГц-детекторы применяются для исследований космоса, а их разработки могут оказаться полезными при создании телекоммуникационных стандартов связи нового поколения 5G и 6G.

Работы по детектированию терагерцового излучения при помощи графена ведутся уже на протяжении десяти лет. За это время ученые исследовали различные механизмы взаимодействия излучения с графеном и создали прототипы детекторов, не уступающие коммерческим аналогам, работающим на основе других материалов. Однако до сих пор не была изучена природа взаимодействия графеновых детекторов с терагерцовым излучением разной поляризации. Хотя чувствительные к поляризации излучения детекторы могут быть полезны во многих прикладных задачах. Исследователям из лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ, Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН и Регенсбургского университета удалось показать экспериментально, как отклик детектора зависит от поляризации падающего излучения, и объяснить, почему так происходит.

«Детектор представляет собой кремниевую пластинку размером 4 х 4 мм. На этой пластинке лежит маленький кусочек графена размером 2 х 5 мкм. Графен соединен с двумя плоскими золотыми контактами, которые специально изготовлены в форме галстука-бабочки для обеспечения чувствительности детектора к поляризации и фазе падающего излучения. Кроме того, сверху графен соединен с еще одним золотым контактом через слой оксида алюминия», — комментирует один из авторов исследования Яков Матюшкин.

Arrows-left
Arrows-right
Reload
1 / 2

а) оптическая фотография устройства (вид сверху); б) увеличенная фотография чувствительной части детектора; в) принципиальная схема детектора (боковой разрез)

Фото: Дарья Cокол/Пресс-служба МФТИ

Терагерцовое излучение направляется на экспериментальный образец перпендикулярно его поверхности и порождает в нем фотонапряжение, которое регистрируется внешними измерительными приборами через золотые контакты на детекторе. Ученые показали, что природой фотоотклика детектора является интерференция плазменных волн в канале транзистора. Они распространяются с двух разных концов транзисторного канала. Особая геометрия антенны позволяет осуществлять детектирование, чувствительное к поляризации и фазе излучения. Благодаря этим свойствам разработка может быть востребована при построении систем связи и передачи информации на ТГц и суб-ТГц частотах. Кроме того, для изготовления устройства использовался CVD-графен, его качество значительно ниже, чем у отшелушенного графена, однако уже сейчас есть возможность производить его в промышленном масштабе.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.