Figura 1:Representação gráfica do sistema de amplificação de terahertz (THz) proposto com uma folha de grafeno e um supercondutor bidimensional. A amplificação se deve ao comportamento oscilatório coordenado dos elétrons na interface entre as duas camadas, alimentado por uma fonte de luz ou bateria, o que resulta em radiação THz mais forte, conforme mostrado com a seta amarela refletida. Crédito:Institute for Basic Science
Pesquisadores do Centro de Física Teórica de Sistemas Complexos (PCS), dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul) propôs um transistor feito de grafeno e um supercondutor bidimensional que amplifica sinais terahertz (THz). Esta pesquisa foi conduzida em colaboração com colegas do Micro / Nano Fabrication Laboratory Microsystem e Terahertz Research Center (China), o Instituto A. V. Rzhanov de Física de Semicondutores (Rússia), e Loughborough University (Reino Unido) e foi publicado em Cartas de revisão física .
O crescente interesse na faixa de frequência THz pode ser facilmente explicado por suas várias aplicações potenciais. Esta região do espectro eletromagnético, entre ondas de rádio e luz infravermelha, é adequado para imagens de resolução extremamente alta, detecção não invasiva de tumor, biossegurança, telecomunicações, e procedimentos de criptografia-descriptografia, entre outros. Contudo, praticamente, encontrar uma fonte poderosa de raios nesta faixa de frequência é tão desafiador, que os pesquisadores comumente chamam de "lacuna de Terahertz".
Nesse trabalho, os pesquisadores propuseram uma nova estratégia para amplificar a radiação THz de sinais fracos e não uniformes, que são comuns em, por exemplo, amostras biológicas. O dispositivo consiste em uma folha de grafeno posicionada nas proximidades de um supercondutor bidimensional e está conectada a uma fonte de energia, que fornece energia suficiente para excitar os elétrons do supercondutor. A amplificação do sinal THz é explicada pelo comportamento oscilatório coletivo dos elétrons em ambos os materiais mais a capacidade quântica do grafeno.
"Este trabalho demonstra as perspectivas orientadas para a aplicação de sistemas caracterizados puramente por efeitos quânticos. A interação luz-matéria nesses sistemas híbridos não representa apenas um interesse fundamental, mas pode se tornar uma base para dispositivos futuros, como portas lógicas terahertz, que estão atualmente em alta demanda, "explica Ivan Savenko, o líder da equipe Light-Matter Interaction in Nanostructures (LUMIN) na PCS IBS.
Figura 2:Ilustração do mecanismo de amplificação das ondas THz. Crédito:Institute for Basic Science
