Квантовое туннелирование в графене: российские ученые приближают новую эпоху беспроводной связи

Квантовое туннелирование  в графене: российские ученые приближают новую эпоху беспроводной связи

Группа исследователей из МФТИ, Университета Манчестера сообщили о создании высокочувствительного терагерцевого детектора. Он основан на эффекте квантово-механического туннелирования в графене. У устройства высокая чувствительность, которая превосходит уже имеющиеся доступные аналоги на основе проводников и полупроводников.

 


 

Новая разработка ученых дает возможность применения графенового детектора в беспроводной связи, в системах безопасности, в медицинской диагностике и многих других областях. Беспроводные сети передают информацию за счет преобразования высокочастотной непрерывной электромагнитной волны в дискретную последовательность битов. Это известный метод, он представляет собой модуляцию сигнала. Но для него требуется синхронное увеличение несущей частоты.

Частоты до ста мегагерц использованы для передачи сигналов в обычном FM-радио. Частота около 5 гигагерц – приемник Wi-Fi, а, к примеру, мобильные сети нового поколения формата 5G могут передавать до 20 гигагерц сигналов. Но это не предел и несущая частота может быть увеличена пропорциональным увеличением несущей частоты скорости передачи данных. Однако прием сигналов, когда частота превышает несколько сотен гигагерц, считается проблемным.


Ученые решили использовать способ увеличения максимальной рабочей частоты транзистора. Теоретически возможный, но в то же время революционный способ предложили физики еще в 90-х годах, позже он был поддержан. Он основан на отказе от активного усиления транзистором и отказе от отдельного демодулятора. В схеме задействован один транзистор, но его роль изменилась. Он наделен способностью самостоятельно преобразовывать модульный сигнал в битовую последовательность между током и падением напряжения.

Сегодня группа ученых смогла доказать, что обнаружение терагерцевого сигнала высокоэффективно в туннельном полевом транзисторе. Он имеет высокую чувствительность к управляющему напряжению, и даже незначительный сбой энергетических уровней может привести к прерыванию тонкого процесса квантово-механического туннелирования. По словам исследователя Дмитрия Свинцова, уникальное свойство туннельного транзистора можно применить в технологии терагерцовых детекторов, и он будет улавливать даже самые слабые сигналы из окружающей среды.

Ученые провели эксперимент и выяснили, что чувствительность устройства в туннельном режиме выше, чем в классическом транспортном режиме.