Российские ученые обнаружили способ значительного повышения чувствительности детекторов терагерцового излучения на основе двуслойного графена, что открывает путь к созданию систем сверхскоростной связи нового поколения и высокоточных промышленных дефектоскопов.
Как сообщили в пресс-службе Московского физико-технического института (МФТИ), терагерцовый диапазон считается крайне перспективным для беспроводной передачи данных, включая будущие стандарты Wi-Fi и мобильные сети 6G, поскольку потенциально способен обеспечить скорость в десятки раз выше существующей. Однако широкое применение этих волн до сих пор сдерживалось отсутствием компактных и высокочувствительных детекторов.
Три года назад коллектив исследователей из России и Сингапура предложил использовать для создания таких датчиков двухслойные структуры из графена. Под воздействием внешнего поля такая система начинает работать подобно классическому полупроводнику, где количеством носителей заряда можно гибко управлять, настраивая детектор на максимальную реакцию на поглощаемые волны. В новой работе ученые МФТИ пошли дальше и исследовали влияние на чувствительность устройства ширины так называемой запрещенной зоны — ключевой характеристики полупроводников, определяющей возможные энергии электронов в материале и, как следствие, его оптические и электрические параметры.
Результаты экспериментов превзошли ожидания физиков. Как пояснил заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов, исследователи предполагали, что при увеличении ширины запрещенной зоны характеристики детектора в какой-то момент стабилизируются. Однако, даже при достижении рекордных значений этого показателя путем внедрения в устройство прослоек из диоксида гафния, чувствительность продолжала линейно расти. В ходе опытов ее удалось повысить примерно в 20 раз. Это открытие, по словам ученого, меняет существующие представления о потенциале графена в фотонике. В перспективе разработка позволит создавать не только более совершенные системы передачи данных, но и сверхчувствительные детекторы для поиска дефектов в нефтегазовых трубопроводах и компонентах атомных реакторов.