石墨烯中太赫兹辐射的环境相干放大

一组国际研究人员已经成功地在室温下实现了石墨烯中太赫兹(THz)辐射的相干放大。

图1 测量中制造的石墨烯晶体管结构的扫描电子显微镜俯视图。
它具有称为“双栅栅”的独特晶体管电极结构,其中准备了两组具有梳状光栅形状的栅电极并以叉指状排列。
图片提供:©东北大学。

东北大学教授大一大一(Taiichi Otsuji)的带领下,研究人员通过使用干电池来产生辐射,从而实现了这一目标。

大约40年前,等离子波电子技术的出现为各种新机遇铺平了道路。

全世界的研究人员都对等离子波比电子传播更快的可能性深感兴趣,这意味着所谓的“等离子”设备可以在THz频率下工作。但是迄今为止,为实现这种发射器或放大器的开发而进行的实验工作是无形的。

我们的研究探索了使用基于石墨烯的系统实现的太赫兹光-等离子体耦合,光吸收和放大,因为它具有出色的室温电学和光学特性

东北大学电子通信研究所(RIEC)超宽带信号处理实验室教授大tsu大一(Taiichi Otsuji)

由日本,俄罗斯,法国和波兰机构的成员组成的研究团队开发了一系列单层石墨烯沟道晶体管结构。这些结构包括一个原始的双聚集门,该双聚集门用作将THz辐射与石墨烯等离子体激元耦合的高效天线。

这些设备的使用使研究团队能够演示可调谐谐振等离子体激元的吸收,随着电流的增加,可导致THz辐射的放大。

在单层石墨烯中可获得高达9%的放大倍率,远远高于众所周知的基准水平2.3%,这是光子倾向于直接与电子相互作用而不激发石墨烯等离子体激元时的最大可用放大倍数。

研究人员通过使用耗散等离子体晶体模型解释了研究结果,从而掌握了放大现象的基本物理原理和主要趋势。特别地,该模型估计通道的直流电流的增加,这会将系统推入放大状态。

这表明等离子波可能以相干方式将直流能量转移到输入的THz电磁波中。

由于所有结果都是在室温下获得的,因此我们的实验结果为采用新一代全电子,谐振和压控THz放大器的进一步THz等离子体技术铺平了道路

东北大学电子通信研究所(RIEC)超宽带信号处理实验室教授大tsu大一(Taiichi Otsuji)

参考文献:Boubanga-Tombet,S。。(2020)光栅栅石墨烯结构的太赫兹辐射的室温放大。物理评论Xdoi.org/10.1103/PhysRevX.10.031004
资料来源:https : //www.tohoku.ac.jp/en/

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