这些应用的理想材料首先应提供很高的转换效率，这意味着必须将很大一部分入射光束转换为所需波长的光。

还要求其占地面积小（也就是说，必须使用尽可能少的材料）；与大多数电子设备中使用的标准CMOS技术兼容；并能够在室温下运行。

对于入射光处于电磁频谱的太赫兹（THz）区域的应用，特别需要一种最佳解决方案。人眼无法看到这种光，但是它通常用于从机场安全到产品检查的各种应用，并且可以在未来的通信技术中发挥重要作用。

二维材料对于光转换非常有趣。它们由单层原子（或两层原子）组成，因此厚度几乎为零（这就是为什么将它们称为2D材料）的原因。

该特性确保了较小的材料占地面积。另外，由于它们比光的波长薄，因此在这些材料中传播的光波保持同相。其中，石墨烯是由蜂窝结构中排列的单层碳原子制成的众所周知的材料，特别有前景。

这是因为它表现出非常大的非线性转换系数，尤其是在THz范围内。但是，另一方面，由于光可以与之相互作用的少量物质，其极薄的厚度会影响其转换效率。

为了克服这个问题，作者决定将石墨烯与另一种增强这种相互作用的材料系统结合使用。

来自加泰罗尼亚的纳米科学和纳米技术研究所（西班牙，ICN2），Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德国，HZDR），光子科学研究所（西班牙，ICFO），马克斯·普朗克聚合物研究所的一组研究人员，美因茨（德国），比勒费尔德大学（德国）和柏林工业大学（德国TUB）将石墨烯与提供场增强的金属结构相结合，从而形成了一种具有非常高的非线性光转换效率的混合材料。

正如最近在ACSNano上发表的一篇科学文章中所解释的那样，这种结构（光栅石墨烯）以新波长产生出射光，其强度比仅使用石墨烯获得的强度高1000倍以上。

ICN2纳米级超快动力学小组负责人，论文的最后作者Klaas-Jan Tielrooij博士解释说：“石墨烯和金属光栅的结合可实现太赫兹光的高效转换，在现场可达到1％ ”），来自该工作的第一作者HZDR的Jan-Christoph Deinert博士补充说：“这种混合材料使我们能够观察到振荡三倍，五倍，七倍甚至八倍的光。比入射光快九倍。”

这种混合材料出色的转换效率确保了转换过程中的低功耗，同时石墨烯与CMOS技术的兼容性允许集成在基于这种技术的设备中。

总的来说，这种光栅-石墨烯结构本身是需要在太赫兹状态下进行非线性转换，芯片集成，室温操作和低功耗的商业可行应用的理想选择。

资料来源：https :  //icn2.cat/en/
原文链接：https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=37681
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2017年，台式机设备首次被移动数据使用量所取代。自动驾驶汽车，物联网，云技术，4K流以及大量其他应用的激增给现有的移动网络基础架构带来了沉重的负担，促使其走向全球5G网络。

作为欧盟支持的H2020计划的一部分，Ultrawave项目于同年启动，以应对这一不断增长的需求。

新需求和新解决方案

简而言之，我们生活在一个更加互联的世界中，要传输海量数据，我们需要越来越强大的功能。

数百万人生活在人口稠密的城市环境中，流媒体电影，音乐，视频通话和在线游戏都是通过移动设备移动的。这种新的现状要求对蜂窝网络基础设施进行调查和创建，并对其进行了显着改进，因此，Ultrawave概念诞生了。

5G频谱使用

网络必须传输的数据越多，必须使用的波长越短。这是因为短波长可以携带大量数据。波长与频率成反比，因此波长越短，频率越高。

5G应用通常使用30 GHz至300 GHz之间的频率，这些波长的波长介于1至10 mm之间，因此被称为利用毫米波段或“ mmWaves”。

毫米波可以支持每秒数十吉比特的无线数据速率，因为更高的频率/更短的波长可以以更高的速度传输更多的数据。使用这些特定波长是网络传输4K流和其他数据密集型应用程序能力的关键。

超声波–超过100 GHz

Ultrawave项目的目标不是达到每秒数十吉比特，而是达到每秒100吉比特数据的阈值。该项目的目的是“首次提出对超过100 GHz的整个毫米波频谱进行开发” [Ultrawave]。

对应于1 – 3 mm的波长，它可以扩展到300 GHz。然而，问题在于较小的波长更容易受到衰减的影响（例如由于障碍物或距离），因此必须制定一种增强其信号的方法。

这该怎么做

该Ultrawave项目简要指定毫米波行波管（TWT）的利用率。这些TWT是线圈结构，旨在放大微波范围（300 MHz – 300 GHz）内的射频信号。TWT对于增强信号强度至关重要。

由维克多·克罗泽（Viktor Krozer）教授领导的柏林歌德大学是Ultrawave项目第二阶段的牵头机构。他们对波导形状及其对信号强度的影响进行了有限元建模（FEM）分析。

波在TWT中没有波导的情况下扩展到3D空间，因此信号幅度丢失。这是对独特技术的研究，创建这些微型波导结构非常困难，需要同样独特的解决方案。

歌德大学的团队与Exaddon接触，目的是3D打印将在TWT内使用的微型波导，这是根据Krozer教授及其团队计算出的规范进行的。

利用Exaddon独特的CERES µAM打印系统，可以用直径约120 µm的纯铜印刷微小的波导，该印刷系统完全符合歌德团队提出的设计规范。

制造业的新时代

创建这些波导是开发将Tultrawave项目变为现实所需的尖端TWT技术的至关重要的一步。这些波导的成功制造和实施将使实现颠覆性的数据传输基础设施的实现成为现实，现代基础设施的需求正在不断增长。

这一切的核心是Exaddon全球独有的微型AM技术，以及与歌德大学的积极合作，以突破高频技术的界限。

资料来源：https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=5576
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在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。等。（2020）光栅栅石墨烯结构的太赫兹辐射的室温放大。物理评论X。doi.org/10.1103/PhysRevX.10.031004。
资料来源：https : //www.tohoku.ac.jp/en/

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新的检测器依靠等离子体波的干扰。这样的干扰是许多技术应用和日常现象的基础。它确定乐器的声音，并导致肥皂泡中的彩虹色以及许多其他效果。各种光谱设备可以利用电磁波的干扰来确定物体的化学成分，物理和其他特性，包括非常遥远的物体，例如恒星和星系。

金属和半导体中的等离子体波最近引起了研究人员和工程师的广泛关注。像更熟悉的声波一样，在等离子体中发生的声波本质上也是密度波，但它们涉及电荷载流子：电子和空穴。它们的局部密度变化会产生电场，当它通过材料传播时，它会推动其他电荷载流子。这类似于声波的压力梯度如何在不断扩大的区域内推动气体或液体颗粒。但是，等离子波在常规导体中迅速消失。

也就是说，二维导体可以使等离子体波在不衰减的情况下跨较大的距离传播。因此，有可能观察到它们的干扰，从而得到有关所讨论材料的电子性能的大量信息。二维材料的等离激元已经成为凝聚态物理的一个高度动态的领域。

在过去的十年中，科学家们在使用基于石墨烯的设备检测太赫兹辐射方面已经走了很长一段路。研究人员探索了T波与石墨烯相互作用的机理，并创建了原型探测器，其特征与基于其他材料的类似设备的特征相近。

然而，迄今为止，研究还没有关注探测器与明显偏振的T射线相互作用的细节。也就是说，对波偏振敏感的设备将在许多应用中使用。这个故事中报道的研究通过实验证明了探测器的响应如何取决于入射辐射的偏振。它的作者还解释了为什么会这样。

该研究的共同作者，来自MIPT纳米碳材料实验室的Yakov Matyushkin写道：“该探测器由一个4X4毫米的硅晶片和一个2X5um的小石墨烯组成。石墨烯连接到两个由金制成的扁平接触垫，其蝴蝶结形状使检测器对入射辐射的偏振和相位敏感。除此之外，石墨烯层还在顶部与另一个金接触，在它们之间插入了氧化铝的非导电层。”

在微电子学中，这种结构称为场晶体管（图1），其两个侧面触点通常称为源极和漏极。顶部触点称为门。

太赫兹辐射是微波和远红外光之间的电磁谱的窄带。从应用的角度来看，T波的一个重要特征是它们穿过生物组织并进行部分吸收，但不会引起电离，因此不会伤害人体。例如，这会将THz辐射与X射线分开。

因此，传统上考虑用于T射线的应用是医疗诊断和安全检查。太赫兹探测器也用于天文学。另一个新兴的应用是在太赫兹频率下的数据传输。这意味着新的检测器对于建立5G和6G下一代通信标准很有用。

“太赫兹辐射直接对准与它的表面垂直的实验样品。这会在样品中产生光电压，可以由外部测量设备通过检测器的金触点将其吸收。”该研究的合著者，MIPT纳米碳材料实验室副主任Georgy Fedorov说道。“至关重要的是检测到的信号的性质。实际上，它可以有所不同，并且取决于许多外部和内部参数：样品的几何形状，频率，辐射极化和功率，温度等。”

值得注意的是，新的检测器依赖于已经工业生产的石墨烯。石墨烯有两种类型：材料可以机械剥离或通过化学气相沉积合成。前一种类型具有更高的质量，更少的缺陷和杂质，并且保持了载流子迁移率的记录，这是半导体的关键特性。但是，如今该行业已经可以规模化制造CVD石墨烯，这使其成为有志于大规模生产的器件的首选材料。

这项研究的另一位合著者，来自MIPT的Maxim Rybin和俄罗斯科学院普罗霍罗夫综合物理研究所的作者是石墨烯制造商Rusgraphene的首席执行官，他对此技术有这样的评论：“事实上，CVD石墨烯我们观察到等离子体波的干扰，这意味着这种基于石墨烯的太赫兹检测器适合工业生产。据我们所知，这是迄今为止对CVD石墨烯中等离子体波干扰的首次观察，因此我们的研究扩展了该材料的潜在工业应用。”

研究小组表明，新探测器的光响应特性与晶体管通道中的等离子体波干扰有关。波的传播始于通道的两个相对端（图2），天线的特殊几何形状使设备对检测到的辐射的极化和相位敏感。这些特征意味着该检测器可能被证明可用于构建以太赫兹和次太赫兹频率运行的通信和信息传输系统。

报道的这项研究是由来自MIPT纳米碳材料实验室的研究人员及其来自莫斯科国立教育大学，俄罗斯科学院艾菲研究所和德国雷根斯堡大学的同事合着的。

资料来源：https : //mipt.ru/english/

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