研究人员设计了基于石墨烯的新型太赫兹探测器

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来自俄罗斯,英国,日本和意大利的一组研究人员创建了一种基于石墨烯的太赫兹探测器。

Researchers design novel graphene-based terahertz detector image

该小组解释说,现有太赫兹探测器效率低下的原因是探测元件的尺寸、约百万分之一米的晶体管和典型的太赫兹辐射波长之间的不匹配,后者大约是前者的100倍。这会导致波在没有任何相互作用的情况下通过检测器。


过去有人提出,为了解决这个问题,入射波的能量可以压缩成与探测器大小相当的体积。为此,探测器材料应支持称为等离子体的特殊类型的“紧凑波”。它们代表传导电子和相关电磁场的集体运动,与风暴来袭时随风一起移动的海面海浪不同。理论上,这种探测器的效率在波共振下会进一步提高。


事实证明,实现这种探测器比预期的要困难。在大多数半导体材料中,等离子体受到快速的阻尼,也就是说,它们会由于电子与杂质的碰撞而消亡。石墨烯被认为是一种很有前途的出路,但直到最近,它还不够干净。


本研究的作者提出了一个长期存在的共振T波检测问题的解决方案。他们制造了一个由双层石墨烯制成的光电探测器,封装在氮化硼晶体之间,并与太赫兹天线耦合。在这种夹层结构中,杂质被排出到石墨烯薄片的外部,使等离子体能够自由传播。金属引线约束的石墨烯片形成等离子体谐振器,石墨烯的双层结构实现了宽范围的波速调谐。


该团队开发了一种尺寸为几微米的紧凑型太赫兹光谱仪,通过电压调谐控制谐振频率。 研究人员还展示了其探测器在基础研究中的潜力:通过测量探测器中各种频率和电子密度的电流,可以揭示等离子体的特性。


“我们的设备兼作灵敏探测器和光谱仪,工作在太赫兹范围内,它也是研究二维材料等离子体的工具。所有这些都存在之前,但它们占据了整个光学平台。 相同的功能,十几微米,“共同作者,莫斯科物理学院光电子二维材料实验室负责人Dmitry Svintsov说。


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