Um grupo de pesquisa da Universidade de Tohoku e da RIKEN desenvolveu um detector de ondas terahertz de alta velocidade e alta sensibilidade operando em temperatura ambiente, abrindo caminho para avanços no desenvolvimento da tecnologia 6G/7G de próxima geração.



Detalhes de sua descoberta foram publicados na revista Nanophotonics em 9 de novembro de 2023.

O aumento das velocidades atuais de comunicação dependerá de ondas terahertz (THz). Ondas THz são ondas eletromagnéticas dentro da faixa THz, que fica entre as porções de microondas e infravermelho do espectro eletromagnético, normalmente abrangendo frequências de 300 gigahertz a 3 THz.

Ainda assim, a detecção rápida e sensível de ondas THz à temperatura ambiente é um desafio para dispositivos semicondutores convencionais baseados em eletrônicos ou fotônicos.

É aqui que entram os plasmons bidimensionais. Em um transistor de efeito de campo semicondutor, há um canal de elétrons bidimensional onde existem quanta coletivos de densidade de carga, ou seja, plasmons bidimensionais. Esses plasmons são estados excitados de elétrons exibindo comportamentos semelhantes aos de fluidos. Seus efeitos de retificação não linear, originados desses comportamentos semelhantes aos de fluidos, e sua resposta rápida (não limitada pelo tempo de trânsito dos elétrons) tornam-nos um meio promissor para detectar ondas THz à temperatura ambiente.

“Descobrimos um efeito de retificação plasmônica 3D no detector de ondas THz”, diz Akira Satou, líder do grupo de pesquisa e professor associado do Instituto de Pesquisa para Comunicação Elétrica (RIEC) da Universidade de Tohoku. "O detector foi baseado em um transistor de alta mobilidade eletrônica de fosfeto de índio e nos permitiu aumentar a sensibilidade de detecção em mais de uma ordem de magnitude superior à dos detectores convencionais baseados em plasmons 2D."

O novo método de detecção combinou o tradicional efeito de retificação não linear hidrodinâmica vertical de plasmons 2D com a adição de uma não linearidade de corrente de diodo vertical.

Ele também resolveu dramaticamente a distorção da forma de onda causada por múltiplas reflexões de sinais modulados de alta velocidade – um problema crítico em detectores convencionais baseados em plasmons 2D.

Liderando o grupo ao lado de Satou estavam o professor especialmente nomeado Tetsuya Suemitsu do New Industry Creation Hatchery Center da Universidade de Tohoku e Hiroaki Minamide do RIKEN Center for Advanced Photonics.

“Nosso novo mecanismo de detecção supera a maioria dos gargalos dos detectores convencionais de ondas terahertz”, acrescenta Satou. "Olhando para o futuro, esperamos ampliar nossa conquista melhorando o desempenho do dispositivo."

Mais informações: Akira Satou et al, Gate-readout e um efeito de retificação 3D para aumento de responsividade gigante de detectores plasmônicos terahertz de porta dupla assimétrica, Nanofotônica (2023). DOI:10.1515/nanoph-2023-0256
Fornecido pela Universidade Tohoku