Pesquisadores da Chalmers University of Technology demonstraram um detector feito de grafeno que pode revolucionar os sensores usados ​​em telescópios espaciais de próxima geração. Os resultados foram publicados recentemente na revista científica Astronomia da Natureza .

Além dos supercondutores, existem poucos materiais que podem atender aos requisitos necessários para a fabricação de detectores ultra-sensíveis e rápidos de terahertz (THz) para astronomia. Os pesquisadores da Chalmers demonstraram que o grafeno projetado adiciona um novo paradigma de material para a detecção de heteródinos THz.

"O grafeno pode ser o único material conhecido que permanece um excelente condutor de eletricidade / calor, mesmo tendo, efetivamente, sem elétrons. Chegamos a um cenário próximo a zero elétron no grafeno, também chamado de ponto Dirac, pela montagem de moléculas aceitadoras de elétrons em sua superfície. Nossos resultados mostram que o grafeno é um material excepcionalmente bom para a detecção de heteródino THz quando dopado com o ponto de Dirac, "diz Samuel Lara-Avila, professor assistente do Laboratório de Física do Dispositivo Quântico e autor principal do artigo.

A demonstração experimental envolve a detecção de heteródinos, em que dois sinais são combinados, ou misturado, usando grafeno. Um sinal é uma onda de alta intensidade em uma frequência THz conhecida, gerado por uma fonte local (ou seja, um oscilador local). O segundo é um sinal THz fraco que imita as ondas que vêm do espaço. O grafeno mistura esses sinais e, em seguida, produz uma onda de saída em uma frequência gigahertz (GHz) muito mais baixa, chamada de frequência intermediária, que pode ser analisado com a eletrônica padrão gigahertz de baixo ruído. Quanto mais alta a frequência intermediária pode ser, quanto maior a largura de banda do detector, é dito ter, necessário para identificar com precisão os movimentos dentro dos objetos celestes.

Sergey Cherednichenko, professor do Laboratório de Ondas Milimétricas e Terahertz e co-autor do artigo, diz, "De acordo com nosso modelo teórico, este detector de grafeno THz tem um potencial para alcançar operação limitada quântica para a importante faixa espectral de 1-5 THz. Além disso, a largura de banda pode exceder 20 GHz, maior que 5 GHz que a tecnologia de ponta tem a oferecer. "

Outro aspecto crucial para o detector THz de grafeno é a potência extremamente baixa necessária para o oscilador local alcançar uma detecção confiável de sinais THz fracos, poucas ordens de magnitude abaixo do que os supercondutores exigem. Isso poderia permitir matrizes de detectores coerentes THz com limitação quântica, portanto, abrindo a porta para imagens 3-D do universo.

Elvire De Beck, astrônomo do Departamento de Espaço, Terra e Meio Ambiente, que não participaram da pesquisa, explica as possíveis implicações para a astronomia prática:"Esta tecnologia baseada em grafeno tem um enorme potencial para futuras missões espaciais que visam desvendar como a água, carbono, oxigênio e a própria vida vieram para a Terra. Um leve, O gerador de imagens 3-D com potência eficiente e com limitação quântica em frequências terahertz é crucial para essas tarefas ambiciosas. Mas no momento, As imagens 3D THz simplesmente não estão disponíveis. "

Sergey Kubatkin, professor do Laboratório de Física do Dispositivo Quântico e co-autor do artigo, explica:"O núcleo do detector THz é o sistema de grafeno e conjuntos moleculares. Este é em si um novo material composto 2-D que merece uma investigação mais profunda de um ponto de vista fundamental, uma vez que exibe um novo regime de transporte de carga / calor governado por efeitos da mecânica quântica. "