Новый твердотельный наноматериал для терагерцевой фотоники

15 апреля 2015 г., 15:41

Компактные чувствительные и быстрые наносенсоры рассматриваются как своего рода "Святой Грааль", разыскиваемый многими исследователями по всему миру. И теперь команда ученых в Италии и Франции, вдохновившись наноматериалами, создала новую твердотельную технологическую платформу, которая открывает дверь к использованию терагерцевой (ТГц) фотоники в широком диапазоне применений.

В течение последнего десятилетия исследования в области материалов сыграли существенную роль в заполнении провала в полосе терагерцевых частот, начиная с разработки квантово-каскадных лазеров, которые в значительной степени опираются на полупроводниковые гетероструктуры искусственных наноматериалов. Развитие терагерцевой спектроскопии, наноспектроскопии и терагерцевых изображений расширил спектр мощных инструментов для исследования свойств широкого спектра материалов, в том числе одномерных или двумерных полупроводников, биомолекул и графена.

Дополнительная технология детектирования, способная работать в терагерцевом диапазоне, нужна в таких областях, как биомедицинская диагностика, безопасность, культурное наследие, контроль качества и технологических процессов и для высокой скорости передачи данных в беспроводной связи, которые требуют специальных интегрированных систем генерация и детектирования.

Как сообщают ученые в журнале APL Materials, применяя подход, который использует возбуждение плазменных волн в канале полевых транзисторов (FET), они смогли создать первые FET-детекторы на основе полупроводниковых нанопроводов, разработанных во множестве архитектур. Они также разработали первые терагерцевые детекторы, изготовленные из моно- или двуслойного графена.

«Наша работа показывает, что нанопроволочная технология изготовления FET достаточно универсальна, чтобы осуществлять с помощью литографии "дизайн" параметров детектора и его основных функций», - объяснила Мириам Серена Витилло (Miriam Serena Vitiello), ведущий автор статьи, а также научный сотрудник и руководитель Группы терагерцевой фотоники в Nanoscience Institute в CNR и Scuola Normale Superiore в Пизе, Италия.

Нанопроволочный детектор предлагает «конкретную перспективу прикладного использования, так как он работает при комнатной температуре, достигая частот обнаружения более 3 ТГц, с максимальной скоростью модуляции в мегагерцевом диапазоне и эквивалентной мощностью шумов, которая уже конкурирует с лучшими коммерческими технологиями», - сказала Витилло.

С точки зрения приложений, поскольку наносенсоры могут быть использованы на большой площади для быстрого изображения как в терагерцевом, так и суб-терагерцевом диапазонах спектра, будет не удивительно, если они поступят в продажу в ближайшем будущем для различных спектроскопических приложений и визуализации в режиме реального времени – возможно, даже в виде быстрых мультипиксельных терагерцевых камер.

Дальнейшими целями ученых являются увеличение производительности устройства для обнаружения в области сверхбыстрых явлений, изучение возможности регистрации единичных фотонов с помощью новых архитектур и выбора материала, разработка компактных массивов в фокальной плоскости, и интеграция на чипе нанопроволочных детекторов с терагерцевыми квантовыми каскадными микролазерами. «Это позволит нам поднять терагерцевую фотонику на совершенно новый уровень "компактности" и универсальности, где она может, наконец, приступить к решению многих приложений-убийц», - сказала Витилло.

Новый твердотельный наноматериал для терагерцевой фотоники