Ученые разработали компактный квантовый детектор терагерцевого излучения
Международная группа ученых под руководством специалистов из Университета Кембриджа и Университета Суонси в Великобритании разработала компактный квантовый детектор, который значительно повышает чувствительность захвата терагерцевого излучения. Об этом 31 мая сообщил журнал Science Daily.
Терагерцевый диапазон, расположенный между микроволновым и инфракрасным светом, остается одной из самых сложных областей электромагнитного спектра для изучения. Существующие датчики часто отличаются низкой скоростью работы и требуют громоздкого дорогостоящего оборудования с криогенным охлаждением. Новый прибор сочетает в себе принципы квантовой физики и специально разработанную метаповерхность для преобразования радиации в электрические сигналы.
В основе устройства лежит внутриплоскостной фотоэлектрический эффект. Терагерцевые фотоны передают энергию электронам, ограниченным внутри двумерного электронного газа. Эти частицы преодолевают специально созданный потенциальный барьер, формируя измеряемый электрический ток. В отличие от традиционных фотоприборов, механизм не требует превышения минимального энергетического порога фотонов.
Для повышения эффективности захвата волн исследователи использовали структуру в виде «кирпичной кладки». Этот паттерн концентрирует электромагнитную энергию в узких промежутках, где встроены детектирующие элементы.
Владислав Михайлов, ведущий автор исследования
Это обеспечивает оптимальное сопряжение метаповерхности с элементами обнаружения. По сравнению с традиционным подходом, предполагающим параллельное подключение нескольких устройств, этот метод позволил нам значительно повысить чувствительность обнаружения.
В ходе испытаний устройство продемонстрировало внешнюю квантовую эффективность 2,1% на частоте 1,9 ТГц. Это примерно в 20 раз выше показателей предыдущих детекторов, работающих на аналогичных принципах. Прибор функционирует при нулевом смещении источника и стока, что исключает появление темных токов и снижает уровень шума. Первый автор работы Руцяо Ся обратил внимание, что устройства являются детекторами прямого действия, работающими при нулевом смещении. По его словам, поэтому они функционируют без темных токов.
Разработка совместима со стандартными методами производства полупроводников, что позволяет интегрировать такие датчики непосредственно в микросхемы. Ученые полагают, что технология найдет применение в беспроводных сетях нового поколения, здравоохранении, астрономии и контроле качества на производстве.
Дэвид Ричи, соавтор исследования и руководитель группы физики полупроводников
Результаты особенно интересны в связи с возможностями применения терагерцевых технологий в таких областях, как беспроводные сети, здравоохранение, астрономия, биомедицина, контроль качества в производстве и многих других.
Журнал Phys.org 22 апреля сообщил об открытии нового квантового эффекта. Ученые провели исследование и «послушали» редкий кристалл — хлорид рутения. В результате они обнаружили, что волны начинают закручиваться по спирали, что называется акустическим эффектом Фарадея. Причиной специалисты назвали особое свойство материала, вязкость Холла, которая буквально скручивает направление колебаний и одновременно отклоняет тепловой поток.
