МОСКВА, 5 марта. /ТАСС/. Российские ученые обнаружили, что чувствительность детекторов терагерцового излучения на основе двуслойного графена можно увеличивать, не встречая фундаментальных ограничений со стороны материала. Данное открытие позволит создать детекторы для нового поколения сверхскоростной связи и систем промышленной диагностики, сообщила ТАСС пресс-служба МФТИ.
Как отмечается в сообщении, терагерцовый диапазон электромагнитного спектра считается перспективным для беспроводной передачи данных в Wi-Fi и мобильных сетях поколений 6G и выше. Использование терагерцового излучения потенциально обеспечивает скорости передачи данных в десятки раз выше существующих, однако его освоение в том числе сдерживается отсутствием компактных и высокочувствительных детекторов излучения.
Три года назад российские и сигнапурские исследователи выяснили, что данную проблему можно решить, если использовать для создания датчиков терагерцовых волн двухслойные структуры из графена. При приложении внешнего поля эта конструкция превращается в аналог классического полупроводникового материала, числом носителей заряда внутри которого можно гибким образом управлять, "настраивая" его на максимальную чувствительность к поглощаемым волнам.
Добившись этого успеха, исследователи из МФТИ заинтересовались тем, как на чувствительность и другие свойства графенового детектора терагерцовых волн будет влиять ширина так называемой запрещенной зоны. Так физики называют одну из ключевых характеристик полупроводников, которая отражает то, какими энергиями могут обладать электроны в том или ином материале, и при этом она напрямую влияет на их оптические и электрические характеристики.
"В нашей новой работе мы стремились нащупать предел возможностей графена, ожидая, что характеристики детектора стабилизируются, однако чувствительность продолжала расти линейно даже при рекордной ширине запрещенной зоны. Это открытие меняет представление о потенциале графена в фотонике", - пояснил заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
В частности, проведенные исследователями опыты указали на то, что чувствительность детектора терагерцовых волн можно повысить примерно в 20 раз, если увеличить ширину запрещенной зоны до рекордно высоких значений путем внедрения в устройство прослоек из диоксида гафния, материала с диэлектрическими свойствами. В перспективе это позволит создавать не только новые системы беспроводной передачи данных, но и сверхчувствительные детекторы для выявления дефектов в нефтегазовых трубопроводах и в компонентах атомных реакторов.