p Os físicos criaram um detector de radiação terahertz de banda larga baseado em grafeno. O dispositivo tem potencial para aplicações em sistemas de comunicação e transmissão de informações de última geração, segurança e equipamentos médicos. O estudo saiu em Nano Letras ACS . p O novo detector depende da interferência de ondas de plasma. A interferência como tal é a base de muitas aplicações tecnológicas e fenômenos cotidianos. Ele determina o som dos instrumentos musicais e causa as cores do arco-íris em bolhas de sabão, junto com muitos outros efeitos. A interferência de ondas eletromagnéticas é aproveitada por vários dispositivos espectrais usados ​​para determinar a composição química, propriedades físicas e outras propriedades de objetos - incluindo aqueles muito remotos, como estrelas e galáxias.

p As ondas de plasma em metais e semicondutores recentemente atraíram muita atenção de pesquisadores e engenheiros. Como as ondas acústicas mais familiares, as que ocorrem em plasmas são essencialmente ondas de densidade, também, mas envolvem portadores de carga:elétrons e lacunas. Sua variação de densidade local dá origem a um campo elétrico, que empurra outros portadores de carga à medida que se propaga através do material. Isso é semelhante a como o gradiente de pressão de uma onda sonora impele as partículas de gás ou líquido em uma região em constante expansão. Contudo, as ondas de plasma morrem rapidamente em condutores convencionais.

p Dito isto, condutores bidimensionais permitem que as ondas de plasma se propaguem por distâncias relativamente grandes sem atenuação. Portanto, torna-se possível observar sua interferência, produzindo muitas informações sobre as propriedades eletrônicas do material em questão. A plasmônica de materiais 2-D emergiu como um campo altamente dinâmico da física da matéria condensada.

p Nos últimos 10 anos, os cientistas percorreram um longo caminho detectando a radiação THz com dispositivos baseados em grafeno. Os pesquisadores exploraram os mecanismos de interação da onda T com o grafeno e criaram detectores de protótipo, cujas características são iguais às de dispositivos semelhantes baseados em outros materiais.

p Contudo, os estudos até agora não analisaram os detalhes da interação do detector com raios T polarizados distintamente. Dito isto, dispositivos sensíveis à polarização das ondas seriam úteis em muitas aplicações. O estudo relatado nesta história demonstrou experimentalmente como a resposta do detector depende da polarização da radiação incidente. Seus autores também explicaram por que esse é o caso.

p O co-autor do estudo, Yakov Matyushkin, do Laboratório de Materiais Nanocarbono MIPT, comentou:"O detector consiste em um wafer de silício de 4 por 4 milímetros de diâmetro, e um minúsculo pedaço de grafeno de 2 por 5 milésimos de milímetro de tamanho. O grafeno é conectado a duas placas de contato planas feitas de ouro, cujo formato de gravata borboleta torna o detector sensível à polarização e à fase da radiação incidente. Além disso, a camada de grafeno também encontra outro contato de ouro no topo, com uma camada não condutora de óxido de alumínio intercalada entre eles. "

p Na microeletrônica, esta estrutura é conhecida como um transistor de campo, com os dois contatos laterais geralmente chamados de fonte e dreno. O contato superior é chamado de portão.

p A radiação Terahertz é uma faixa estreita do espectro eletromagnético entre as microondas e a luz infravermelha distante. Do ponto de vista dos aplicativos, uma característica importante das ondas T é que elas passam pelo tecido vivo e sofrem absorção parcial, mas não causam ionização e, portanto, não prejudicam o corpo. Isso diferencia a radiação THz dos raios X, por exemplo.

p De acordo, as aplicações tradicionalmente consideradas para os raios T são o diagnóstico médico e a triagem de segurança. Os detectores THz também são usados ​​na astronomia. Outra aplicação emergente é a transmissão de dados em frequências THz. Isso significa que o novo detector pode ser útil para estabelecer os padrões de comunicação de próxima geração 5G e 6G.

p "A radiação Terahertz é dirigida a uma amostra experimental, ortogonalmente à sua superfície. Isso gera fotovoltagem na amostra, que pode ser captado por dispositivos de medição externos através dos contatos de ouro do detector, "comentou o co-autor do estudo Georgy Fedorov, vice-chefe do Laboratório de Materiais de Nanocarbono do MIPT. "O que é crucial aqui é qual é a natureza do sinal detectado. Na verdade, pode ser diferente, e varia dependendo de uma série de parâmetros externos e internos:geometria de amostra, frequência, polarização de radiação e poder, temperatura, etc. "

p Notavelmente, o novo detector depende do tipo de grafeno já produzido industrialmente. O grafeno vem em dois tipos:O material pode ser esfoliado mecanicamente ou sintetizado por deposição química de vapor. O primeiro tipo tem uma qualidade superior, menos defeitos e impurezas, e detém o recorde de mobilidade da transportadora de carga, que é uma propriedade crucial para semicondutores. Contudo, é grafeno CVD que a indústria já pode fabricar em escala, tornando-o o material de escolha para dispositivos com uma ambição de produção em massa.

p Outro co-autor do estudo, Maxim Rybin do MIPT e Prokhorov General Physics Institute da Academia Russa de Ciências é o CEO da fabricante de grafeno Rusgraphene, e ele disse o seguinte sobre a tecnologia:"O fato de ter sido o grafeno CVD que observamos a interferência das ondas de plasma, significa que esses detectores THz baseados em grafeno são adequados para a produção industrial. Até onde sabemos, esta é a primeira observação de interferência de ondas de plasma no grafeno CVD até agora, portanto, nossa pesquisa expandiu as potenciais aplicações industriais do material. "

p A equipe mostrou que a natureza da fotorresposta do novo detector tem a ver com a interferência da onda de plasma no canal do transistor. A propagação da onda começa nas duas extremidades opostas do canal, e a geometria especial da antena torna o dispositivo sensível à polarização e fase da radiação detectada. Esses recursos significam que o detector pode ser útil na construção de sistemas de comunicação e transmissão de informações que operam em frequências THz e sub-THz.

p O estudo relatado nesta história foi co-autoria de pesquisadores do Laboratório de Materiais de Nanocarbono MIPT e seus colegas da Universidade Pedagógica do Estado de Moscou, Instituto Ioffe da Academia Russa de Ciências, e a Universidade de Regensburg, Alemanha. Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Russa para Pesquisa Básica e pelo Ministério da Ciência e Ensino Superior da Rússia.