中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據俄羅斯莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（MIPT）官網(wǎng)近日報道，來(lái)自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學(xué)家團隊，開(kāi)發(fā)出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設備既可充當靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。
太赫茲波是介于微波和紅外線(xiàn)之間的電磁波，具有穿透性強、安全性高、定向性好等優(yōu)勢，有望用于醫療、宇宙探索等領(lǐng)域。但現有太赫茲探測器存在效率低下的問(wèn)題，主要是因為太赫茲波與檢測元件（晶體管）之間尺寸不匹配。晶體管僅百萬(wàn)分之一米，而太赫茲輻射的波長(cháng)是其100倍，導致太赫茲波從探測器身邊溜走。
1996年，科學(xué)家提出了一個(gè)解決辦法：將入射波能量壓縮到與檢測器大小相當的體積內。為此，探測器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來(lái)說(shuō)，在波的諧振下，這種探測器的效率會(huì )得到進(jìn)一步提升。
但實(shí)現這種探測器比預期更難。原因在于：在大多數半導體材料中，由于電子與雜質(zhì)的碰撞，等離激元會(huì )快速衰減。石墨烯被認為可解決問(wèn)題，但其還不夠潔凈。
在最新研究中，科學(xué)家解決了這個(gè)問(wèn)題。他們制造了一個(gè)光電探測器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線(xiàn)發(fā)生耦合。在這個(gè)“三明治”結構中，雜質(zhì)被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結構使波速可在一個(gè)寬范圍內調諧。
新設備實(shí)際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過(guò)電壓調諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎研究：在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流，展示出了等離激元的特性。
論文合著(zhù)者之一、莫斯科物理技術(shù)學(xué)院光電二維材料實(shí)驗室負責人多米特瑞·斯凡特斯弗表示：“所有這些設備之前都有，但我們將同樣的功能打包到了十多立方微米的體積中?！?/p>
新型石墨烯基太赫茲探測器（概念圖）
圖片來(lái)源：MIPT官網(wǎng)
