p Espectros de absorção / amplificação medidos da resposta do dispositivo à radiação da onda de pulso de terahertz. O pulso de onda terahertz foi emitido enquanto aumentava a tensão de dreno do protótipo do transistor de grafeno. Características de absorção (espectro de frequência) do transistor de grafeno, em relação à onda de pulso incidente, foram obtidos a partir da forma de onda de resposta de tempo da onda de pulso transmitida. Quando a tensão de drenagem está acima de um certo valor limite, foi obtida uma característica de amplificação (uma absorção negativa) com o ganho máximo de 0,09 (9%). Crédito:Tohoku University
p O professor da Universidade Tohoku Taiichi Otsuji liderou uma equipe de pesquisadores internacionais na demonstração com sucesso de uma amplificação coerente à temperatura ambiente da radiação terahertz (THz) no grafeno, eletricamente acionado por uma bateria de célula seca. p Aproximadamente 40 anos atrás, a chegada da eletrônica de ondas de plasma abriu uma grande variedade de novas oportunidades. Os cientistas ficaram fascinados com a possibilidade de que as ondas de plasma pudessem se propagar mais rápido do que os elétrons, sugerindo que os dispositivos chamados "plasmônicos" poderiam funcionar em frequências THz. Contudo, tentativas experimentais de realizar tais amplificadores ou emissores permaneceram ilusórias.
p "Nosso estudo explorou o acoplamento THz luz-plasmon, absorção de luz, e amplificação usando um sistema baseado em grafeno por causa de suas excelentes propriedades elétricas e ópticas à temperatura ambiente, "disse o professor Otsuji, que trabalha no Laboratório de Processamento de Sinal de Banda Larga Ultra do Instituto de Pesquisa de Comunicação Elétrica da Universidade de Tohoku (RIEC).
p A equipe de pesquisa, que consistia em membros japoneses, Francês, Instituições polonesas e russas, projetou uma série de estruturas de transistores de canal de grafeno em monocamada. Eles apresentavam um portão de coleta dupla original que funcionava como uma antena altamente eficiente para acoplar as radiações THz e os plasmons de grafeno.
p Uma imagem microscópica de varredura eletrônica de vista superior de uma estrutura de transistor de grafeno fabricada sob medição. Ele apresenta uma estrutura única de eletrodo de transistor chamada "porta de grade dupla, "onde dois conjuntos de eletrodos de porta em forma de grade em forma de pente são preparados e dispostos de forma interdigitada. Crédito:Tohoku University
p O uso desses dispositivos permitiu aos pesquisadores demonstrar a absorção sintonizável de plasmon ressonante que, com um aumento na corrente, resulta na amplificação da radiação THz. O ganho de amplificação de até 9% foi observado no grafeno monocamada - muito além do nível de referência bem conhecido de 2,3% que é o máximo disponível quando os fótons interagem diretamente com os elétrons sem excitação de plasmons de grafeno.
p Para interpretar os resultados, a equipe de pesquisa usou um modelo de cristal plasmônico dissipativo, captar as principais tendências e a física básica dos fenómenos de amplificação. Especificamente, o modelo prevê o aumento na corrente CC do canal que leva o sistema a um regime de amplificação. Isso indica que as ondas de plasma podem transferir a energia CC para as ondas eletromagnéticas THz de entrada de maneira coerente.
p "Como todos os resultados foram obtidos em temperatura ambiente, nossos resultados experimentais pavimentam o caminho em direção a mais tecnologia plasmônica THz com uma nova geração de totalmente eletrônicos, ressonante, e amplificadores THz controlados por voltagem, "acrescentou o professor Otsuji.
