Ученые МФТИ вместе с российскими и зарубежными коллегами создали детектор терагерцового излучения на базе двуслойного графена. В таком материале можно электрически формировать и точно регулировать «запрещенную зону», что существенно повышает чувствительность детектора.
Рост чувствительности не останавливается даже при достижении физического предела запрещенной зоны для данного материала. Благодаря новому подходу к конструкции детектора с применением подзатворного диэлектрика из диоксида гафния, ученые довели ширину запрещенной зоны до рекордных 90 мэВ. В результате фотоотклик по напряжению составил 49 кВ/Вт, а способность обнаруживать слабые сигналы увеличилась в 20 раз.
Кроме того, в работе впервые зафиксировали плазмонные колебания на рекордно низкой для графена частоте 130 ГГц. Это свидетельствует о высочайшем качестве полученных структур и дает новые возможности по управлению терагерцовым излучением.
«Мы стремились нащупать предел возможностей двуслойного графена, ожидая, что характеристики детектора стабилизируются. Однако чувствительность продолжала расти линейно даже при рекордных значениях запрещённой зоны. Это открытие меняет представление о потенциале графена в фотонике», — отметил доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов.
Разработка важна для формирования российской компонентной базы в терагерцовом диапазоне. Технология открывает перспективы для ряда ключевых отраслей промышленности. В телекоммуникациях такие детекторы помогут создать приемопередатчики для сетей будущих поколений с терабитными скоростями передачи данных — это необходимо для беспилотного транспорта, систем дополненной реальности и телемедицины.
В промышленном контроле высокочувствительные детекторы обеспечат новые способы неразрушающего анализа трубопроводов и реакторов в нефтегазовой и атомной отраслях, а также точные сканеры безопасности для транспортных объектов. Совместимость с обычными CMOS-процессами (основной технологией производства микропроцессоров) ускорит создание новых измерительных систем на российских предприятиях.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Optical Materials.
