Ғалымдар терахерц сәулелену сенсорларының жаңа түрін жасады

Нобель сыйлығының лауреаты Андрей Гейм және оның Ресей мен Ұлыбританиядан келген әріптестері кванттық туннельдеу әсерінен рекордтық сезімталдыққа ие графен негізіндегі терахерц сәулелену сенсорларының жаңа түрін жасады. Бұл туралы сәрсенбіде МФТИ баспасөз қызметі Nature Communications журналындағы мақалаға сілтеме жасап хабарлады.

“Туннель транзисторының шағын кернеулерге күшті реакциясы туралы Идея шамамен 15 жыл бойы белгілі болды, бірақ оны аз қуатты электроникамен айналысатын ғалымдар ғана білді. Бізге дейін туннель транзисторының дәл осындай қасиеті терахерц детекторларын жасау үшін қолданылуы мүмкін екенін ешкім түсінбеді”, – деді университеттің баспасөз қызметі айтқан МФТИ зертханасының меңгерушісі Дмитрий Свинцов.

Графен-бұл геометриясында ара ұяларының құрылымына ұқсайтын химиялық байланыстар құрылымымен өзара байланысқан көміртек атомдарының бір қабаты. Физика саласындағы 2010 жылғы Нобель сыйлығы графеннің алғашқы үлгілерін алғаны және зерттегені үшін Ресейде жұмыс істейтін Константин Новоселов пен Андрей Геймге берілді.

Кейінгі тәжірибелер графеннің көміртектің басқа формаларында жоқ бірқатар ерекше пайдалы қасиеттерге ғана емес, сонымен қатар оны қолдануға кедергі келтіретін кейбір сипаттамаларға ие екенін көрсетті. Осы қиындықтарға байланысты ойын және оның МФТИ әріптестері үш жыл бұрын графенді терахерц толқындарының сенсоры ретінде қолдануға бейімдеді.

Сәулеленудің бұл түрі ақпаратты өте жылдам беру үшін, сонымен қатар ішкі ағзалардың және жансыз табиғаттың әртүрлі объектілерінің суреттерін алу үшін терахерц сәулеленуін қолданатын әртүрлі медициналық және ғылыми құралдарды жасау үшін қолданыла алады. Мәселе мынада, мұндай толқындардың ықшам көздері мен қабылдағыштарын құру өте қиын міндет болды.
Кванттық сигналды күшейту

Ресейлік және еуропалық физиктер оны терахерц сәулелерінің графен парақтары арқылы өтуі ондағы плазмалық толқындар, электрондар мен “тесіктердің” ұжымдық тербелістерін, теріс және оң зарядталған заряд тасымалдаушыларын тудыратындығына назар аудара отырып шешті. Бұл тербелістерді графен пленкасын транзистормен және садақ галстукіне ұқсас алтын электродтар жиынтығымен байланыстыру арқылы алуға болады.

Ойын және оның әріптестері осы толқындарды декодтайтын транзистордың жұмыс принциптерін өзгерту арқылы терахерц радиациясының графен детекторларының сезімталдығын бірнеше ондаған есе арттыра алды. Бұрын ғалымдар осы мақсатта қарапайым өріс транзисторларын қолданған, олар бұл тапсырманы салыстырмалы түрде жақсы орындаған және классикалық диод тізбектерімен жұмыс ретінде салыстырылған.

Ресейлік және британдық физиктер өріс эффект транзисторын оның туннельдік аналогына ауыстыру арқылы не болатынын тексерді. Олар құрылымында бір-біріне өте ұқсас, бірақ туннель транзисторларында ток пайда болады, өйткені ондағы электрондардың қозғалысын классикалық физика заңдары емес, кванттық әсерлер басқарады.

Жақында ғалымдар тапқандай, ұқсас транзисторды кванттық қасиеттері электр өрістерімен оңай басқарылатын графеннің екі қабатты құрылымдарын қолдана отырып оңай жасауға болады. Оны алтын “көбелектің” орталығына салу арқылы Геймдер, қорғасын және олардың әріптестері мұндай ауыстырудың детектордың жұмысына қалай әсер еткенін тексерді.

Олар жүргізген тәжірибелер көрсеткендей, бұл қарапайым процедура терахерц толқындарының сенсорының сезімталдығын бірнеше рет арттырды. Қазірдің өзінде бұл графен сенсоры терахерц толқындарының ең жақсы өткізгіш және жартылай өткізгіш детекторларынан асып түседі, дегенмен, ойын және оның әріптестері графен детекторларының жетілдірілген нұсқалары олардан ондаған және жүздеген есе асып түседі деп болжайды.

Зерттеушілер атап өткендей, ұқсас құрылғыларды басқа, аз экзотикалық материалдар негізінде жасауға болады. Бұл олардың өзіндік құнын төмендетуге және алдағы жылдары телекоммуникация саласында және ғылым мен техниканың басқа да салаларында олардың практикалық қолданылуын барынша кеңейтуге мүмкіндік береді.

Ғылым саласындағы жаңалықтардан хабардар болу үшін біздің Telegramға жазылыңыз.