p Pesquisadores no Canadá projetaram e fabricaram uma junção p-n de grafeno de folha única com dois portões superiores. A técnica padrão, usando um portão superior e um inferior, pode causar danos à camada de grafeno. Isso é evitado no novo método, que também oferece características I-V lineares em baixa tensão de porta. Espera-se que a estrutura de dois portões superiores seja uma rota prática para uma fonte terahertz em temperatura ambiente. p Gapless

p O grafeno se comporta como um semicondutor sem intervalos, com zero gap entre a valência e a banda de condução. Como consequência, é fácil sintonizar entre um semicondutor do tipo n (os elétrons são os principais portadores de carga) ou do tipo p (os buracos são os principais portadores de carga). Aplicar uma tensão de porta positiva ao grafeno mudará o nível de Fermi para a banda de condução, criando um semicondutor do tipo p. Uma tensão de porta negativa irá diminuir o nível de Fermi para a banda de valência, fazendo buracos os portadores dominantes.

p Esta propriedade significa que uma única folha de grafeno pode se comportar como uma junção p-n, conforme mostrado na figura inferior. Nesse caso, uma tensão de porta positiva pode ser aplicada à primeira porta, e um negativo para o segundo, mudando os níveis de Fermi nessas regiões e criando a junção.

p Não destrutivo

p Tentativas anteriores de fabricar junções de folha única usaram um portão superior em conjunto com um portão inferior. Essas técnicas usaram o substrato como portão inferior, o que reduziria o nível de Fermi de toda a folha. Um único portão superior poderia então ser usado para elevar o nível de Fermi localmente. Contudo, para superar o potencial do portão inferior, a tensão da porta superior precisava ser elevada a tal ponto que o grafeno fosse danificado ou as características I-V se tornassem altamente não lineares. Como a nova estrutura aplica apenas um portão localmente, apenas tensões muito baixas são necessárias, que preserva o material e suas características lineares.

p As baixas tensões também desempenham um papel na adequação do dispositivo na produção de THz. A maioria dos semicondutores tem uma lacuna de banda muito maior do que a energia associada à radiação THz. A natureza de zero gap do grafeno significa que ele pode operar nessas frequências, já que a inversão da população e a recombinação elétron-buraco podem ser sintonizadas para qualquer frequência, até mesmo a banda THz de baixa energia.

p Temperado

p A operação de dispositivos de grafeno na produção de THz foi explicada por Jingping Liu, o principal autor da pesquisa. A tecnica, conhecido como injeção, usa recombinação elétron-buraco:"para grafeno tipo n, elétrons extras são induzidos por campo eletrostático e são acumulados na camada de grafeno, resultando em inversão populacional, "disse Liu. Depois disso, ela explicou que "com a ajuda do viés para frente, os elétrons de alto nível de energia se movem para o grafeno tipo p, e recombinar com os buracos no grafeno do tipo p para gerar fótons TH Z. "

p Embora a equipe tenha mostrado que seu dispositivo pode, em princípio, ser usado para a geração TH Z, muito mais pesquisas são necessárias para trazê-lo à aplicação prática. O grupo agora está trabalhando em fenômenos de transporte e efeitos de temperatura nas junções de grafeno p-n. “Por meio da pesquisa sobre o mecanismo dinâmico da junção p-n com a corrente de injeção, vamos entender o mecanismo de transporte eletrônico da junção p-n, "disse Liu" e obtenha a probabilidade de recombinação e o tempo de vida da recombinação da radiação, espalhamento de fônons e recombinação Auger, para fornecer a evidência teórica para o design do modelo da fonte de laser TH Z. "

p Liu está confiante de que esses dispositivos simples abrirão novas aplicações para a tecnologia THz por sua operação em temperatura ambiente:"Lasers em cascata quântica THz são fontes THz coerentes promissoras, mas eles não podem ser operados em temperatura ambiente, " ela disse, "no entanto, a monocamada de grafeno oferece oportunidades novas e únicas e seria ótimo se, um dia, uma fonte de TH Z feita de grafeno pode ser operada em temperatura ambiente. " p Esta história foi publicada como cortesia da Electronics Letters. Para notícias e recursos adicionais da Electronic Letters, visite theiet.org/eletters.