Создан сверхчувствительный детектор терагерцовых волн

Российские и сингапурские физики использовали двухслойный графен для создания детектора терагерцовых волн, который обладает рекордной чувствительностью при сверхнизких температурах, сообщила в четверг пресс-служба МФТИ.

"Представленное устройство уже конкурентоспособно по сравнению с коммерческими болометрами на полупроводниках и сверхпроводниках. Ключом к успеху явилось использование двухслойного графена с небольшой шириной запрещенной зоны, этот материал оказался "золотой серединой" между однослойным графеном и классическими объемными полупроводниками", - говорится в сообщении.

Терагерцовые волны могут использоваться для сверхбыстрой передачи информации, а также создания различных медицинских и научных приборов, использующих это излучение для получения изображений внутренних органов и различных объектов неживой природы. Создание компактных источников и приемников подобных волн оказалось очень сложной задачей.

Группа российских и зарубежных ученых под руководством заведующего лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ Дмитрия Свинцова уже много лет работает над созданием компактных детекторов терагерцового излучения, основанных на базе графена, двумерного углеродного материала. Проведенные ими опыты показали, что это возможно, однако чувствительность таких датчиков терагерцовых волн была при этом относительно низкой.

Сверхчувствительный датчик излучения

В своей новой работе Свинцов и его коллеги выяснили, что данную проблему можно решить, если использовать для создания датчиков терагерцовых волн не однослойные, а двухслойные структуры из графена. Подобные конструкции, как обнаружили ученые, представляют собой своеобразную "золотую середину" между однослойным графеном и классическими объемными полупроводниками, применяемыми при создании датчиков терагерцовых волн.

Это проявляется в том, что при приложении внешнего поля двухслойный графен превращается в аналог классического полупроводникового материала, числом носителей заряда внутри которого можно гибким образом управлять. Благодаря этому физические характеристики такой вариации графена можно настроить таким образом, что материал будет максимально активно взаимодействовать с фотонами терагерцовых волн.

По словам российских и сингапурских физиков, это открытие позволило им примерно в 3-20 раз повысить отзывчивость двухслойных графеновых детекторов терагерцового излучения при сверхнизких температурах окружающей среды по сравнению с тем, как в схожих условиях работают их аналоги на базе однослойных пленок графена. Свинцов и его коллеги предполагают, что схожим образом можно использовать и другие материалы для создания сверхчувствительных детекторов терагерцовых волн. Это позволит создать компактные и надежные приемники терагерцового излучения, которые можно будет встраивать в микрочипы и эксплуатировать в очень широком диапазоне условий.