Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (Rusia), en colaboración con científicos del Reino Unido, Japón e Italia, desarrollaron un fotodetector de radiación de terahertz de grafeno de dos capas intercalado entre cristales de nitruro de boro y conectado a una antena de terahertz.

El canal del transistor, hecho de grafeno de dos capas (BLG), se encuentra entre dos cristales de nitruro de boro hexagonal (hBN). ( @tsarcyanide / MIPT Press Office)

Según un informe de MIPT , esta configuración empuja las impurezas a los bordes de las escamas de grafeno y permite que los plasmones se propagen libremente en el material. “La hoja de grafeno confinada por cables metálicos forma un resonador de plasmón, y la estructura de grafeno de dos capas permite la sintonización de la velocidad de onda en un amplio rango”, explicó el informe.

Los científicos pudieron construir un espectrómetro de terahertz que solo tenía un tamaño de varios micrones y usó la sintonización de voltaje para controlar la frecuencia de resonancia. La sintonización de frecuencias y densidades de electrones permitió a los investigadores comprender mejor las propiedades de los plasmones.

La radiación de terahertz, que existe entre las microondas y la luz infrarroja, tiene el potencial de una conexión Wi-Fi, diagnósticos médicos y radiotelescopios más rápidos, pero ha requerido demasiada energía y un enfriamiento intenso para ser viable.

“La razón de la ineficiencia de los detectores de terahertz existentes es el desajuste entre el tamaño del elemento de detección, el transistor (aproximadamente una millonésima de metro) y la longitud de onda típica de la radiación de terahertios, que es unas 100 veces mayor”, Artículo agregado. “Esto hace que la onda se deslice más allá del detector sin ninguna interacción”.

Usando grafeno, los investigadores lograron superar la amortiguación de los plasmones que dificultaron los esfuerzos anteriores.

La investigación fue publicada recientemente en Nature Communications . El resumen decía:

“Los plasmones, las oscilaciones colectivas de los sistemas de electrones, pueden acoplar eficientemente la luz y la corriente eléctrica, y por lo tanto pueden usarse para crear fotodetectores de sub-longitud de onda, mezcladores de radiación y espectrómetros en chip. A pesar de un esfuerzo considerable, ha resultado difícil implementar dispositivos plasmónicos que funcionen a frecuencias de terahertz. El material capaz de enfrentar este desafío es el grafeno, ya que admite plasmones de larga duración ajustables eléctricamente.

“Aquí mostramos la detección resonante asistida por plasmón de la radiación de terahertz mediante transistores de grafeno acoplados a una antena que actúan como cavidades de Fabry-Perot plasmónicas y como elementos rectificadores. Al variar la velocidad del plasmón usando el voltaje de la puerta, ajustamos nuestros detectores entre múltiples modos de resonancia y explotamos esta funcionalidad para medir la longitud de onda y la vida del plasmón en el grafeno de dos capas, así como para sondear modos colectivos en sus minibandas de moiré.

“Nuestros dispositivos ofrecen una herramienta conveniente para futuras investigaciones plasmónicas que a menudo son extremadamente difíciles en condiciones no ambientales (por ejemplo, temperaturas criogénicas) y prometen una ruta viable para varias aplicaciones fotónicas”.

Via: coolingzone.com