Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ выяснили, что повышение чувствительности детекторов терагерцового излучения, основанных на двуслойном графене, не сталкивается с принципиальными ограничениями, обусловленными свойствами материала. Данное открытие открывает возможности для разработки детекторов, предназначенных для нового поколения высокоскоростных систем связи и промышленных диагностических комплексов. О результатах работы сообщается в авторитетном научном издании Advanced Optical Materials.
Терагерцовый диапазон электромагнитного спектра представляет интерес для беспроводной передачи данных в сетях Wi-Fi и мобильных технологиях 6G и более поздних поколениях. Применение терагерцового излучения может обеспечить скорости передачи данных, превышающие текущие в десятки раз. Однако развитие этой технологии затруднялось, в частности, дефицитом компактных и высокочувствительных детекторов излучения.
Учёные из Московского физико-технического института в сотрудничестве с российскими и зарубежными коллегами создали оригинальный детектор терагерцового излучения, основанный на двуслойном графене. В этом материале существует возможность электрического формирования и точной регулировки так называемой «запрещённой зоны». Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что расширение запрещённой зоны обуславливает повышение чувствительности детектора. Существенным является тот факт, что увеличение чувствительности не останавливается при достижении физического ограничения запрещённой зоны для рассматриваемого материала. Используя новый подход к построению архитектуры детектора с применением подзатворного диэлектрика диоксида гафния, исследователи добились расширения ширины запрещённой зоны до рекордных 90 мэВ, при этом фотоотклик по напряжению составил 49 кВ/Вт, а возможность регистрации слабых сигналов возросла в 20 раз.
«Нашей целью было определить максимальные возможности двуслойного графена, предполагая, что параметры детектора достигнут стабильности. Тем не менее, чувствительность продолжала увеличиваться пропорционально, несмотря на зафиксированные значения запрещенной зоны. Полученные данные корректируют существующие взгляды на перспективность графена в фотонике », – подчеркнул доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов.
В сфере телекоммуникаций детекторы открывают возможности для разработки приёмно-передающих устройств, предназначенных для сетей нового поколения и обеспечивающих терабитные скорости передачи данных. Это имеет решающее значение для прогресса в таких областях, как беспилотный транспорт, системы дополненной реальности и телемедицина.
Новые методы неразрушающего контроля трубопроводов и реакторов в нефтегазовой и атомной отраслях, а также высокоточные сканеры безопасности для транспортной инфраструктуры предоставляют высокочувствительные детекторы для промышленного контроля.
Использование технологии, совместимой с распространенными CMOS-процессами, позволит ускорить создание новых измерительных систем для российских предприятий.
Полученные научные результаты включают в себя первую фиксацию плазмонных колебаний на частоте 130 ГГц, которая является минимальной для графена. Это свидетельствует о высоком качестве разработанных структур и указывает на перспективы для работы с терагерцовым излучением.
В работе над исследованием принимали участие специалисты из Физико-технологического института имени Валиева РАН, Института физики микроструктур РАН, а также международные коллеги из Национального университета Сингапура.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ