Der realen Nutzbarkeit der Terahertz-Technologie einen Schritt näher gekommen

Vladislav Michailo demonstrierte das Gerät im Reinraum und den Terahertz-Detektor nach der Herstellung. Bildnachweis: Wladyslaw Michelo

Forscher für 2D-Leitfähige Systeme haben einen neuen Effekt entdeckt, der eine Verbesserung der Leistung von Terahertz-Detektoren verspricht.

Ein Team von Wissenschaftlern des Cavendish Laboratory hat zusammen mit Kollegen der Universitäten Augsburg (Deutschland) und Lancaster einen neuen physikalischen Effekt entdeckt, wenn zweidimensionale elektronische Systeme Terahertz-Wellen ausgesetzt werden.

Zunächst einmal, was sind Terahertzwellen? Professor David Ritchie, Leiter der Semiconductor Physics Group am Cavendish Laboratory der University of Cambridge, erklärt: „Derzeit fehlt es jedoch an Quellen und Detektoren für diese Art von Strahlung, die billig, effizient und einfach zu handhaben sind die weit verbreitete Nutzung der Terahertz-Technologie.”

Forscher der Halbleiterphysik-Gruppe waren zusammen mit Forschern aus Pisa und Turin in Italien im Jahr 2002 die ersten, die den Betrieb eines Lasers bei Terahertz-Frequenzen, eines Quantenwasserfalllasers, demonstrierten. Seitdem hat die Gruppe die Forschung in Terahertz-Physik und -Technologie fortgesetzt und untersucht und entwickelt derzeit funktionelle Terahertz-Geräte, die Metamaterialien zur Bildung von Modifikatoren sowie neue Arten von Detektoren umfassen.

Wenn das Problem der nicht verwendbaren Geräte gelöst ist, könnte die Terahertz-Strahlung viele nützliche Anwendungen in den Bereichen Sicherheit, Materialwissenschaften, Kommunikation und Medizin haben. Beispielsweise ermöglichen Terahertzwellen die Abbildung von Krebsgewebe, das mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Sie können in neuen Generationen von sicheren, schnellen Flughafenscannern eingesetzt werden, die es ermöglichen, Drogen von illegalen Drogen und Sprengstoffen zu unterscheiden, und können verwendet werden, um eine schnellere drahtlose Kommunikation über die neueste Technologie hinaus zu ermöglichen.

Also, was ist die neueste Entdeckung? „Wir waren dabei, einen neuen Terahertz-Detektortyp zu entwickeln“, sagt Dr. Vladislao Michelo, Junior Research Fellow am Trinity College in Cambridge, „aber bei der Messung seiner Leistung stellte sich heraus, dass er ein viel stärkeres Signal zeigte, als man erwarten würde Theorie. Wir haben eine neue Erklärung gefunden.“

Diese Erklärung, sagen Wissenschaftler, liegt in der Art und Weise, wie Licht mit Materie interagiert. Bei hohen Frequenzen absorbiert das Material Licht in Form von einzelnen Teilchen – Photonen. Diese erstmals von Einstein vorgeschlagene Interpretation bildete die Grundlage der Quantenmechanik und erklärte den photoelektrischen Effekt. Durch diese quantenoptische Anregung erkennen Kameras das Licht in unseren Smartphones; Es ist auch das, was aus dem Licht in den Solarzellen Strom erzeugt.

Der bekannte photoelektrische Effekt besteht in der Freisetzung von Elektronen aus einem leitfähigen Material – einem Metall oder einem Halbleiter – durch einfallende Photonen. Im 3D-Zustand können die Elektronen durch Photonen im Ultraviolett- oder Röntgenbereich ins Vakuum emittiert oder im mittleren Infrarot bis in den sichtbaren Bereich in ein Dielektrikum abgegeben werden. Die Neuheit liegt in der Entdeckung eines Quanten-Photoanregungsprozesses im Terahertz-Bereich, ähnlich dem photoelektrischen Effekt. Vladislav, der Erstautor der Studie, erklärt: „Dass solche Effekte innerhalb hochleitfähiger, zweidimensionaler elektronischer Gase bei viel niedrigeren Frequenzen existieren können, ist noch nicht verstanden, aber wir konnten es experimentell nachweisen.“ Die Quanteneffekttheorie wurde von einem Kollegen der Universität Augsburg in Deutschland entwickelt, und ein internationales Forscherteam hat seine Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlicht. Wissenschaftlicher Fortschritt.

Die Forscher nannten dieses Phänomen den “photoelektrischen Effekt in der Ebene”. In der dazugehörigen Arbeit beschreiben die Wissenschaftler die vielen Vorteile, die sich aus der Nutzung dieses Effekts für die Entdeckung von Terahertz ergeben. Insbesondere die Größe der durch die einfallende Terahertz-Strahlung durch den „In-Plane-Photoeffekt“ hervorgerufenen Photoantwort ist viel höher als von anderen Mechanismen erwartet, von denen bisher bekannt ist, dass sie zur Terahertz-Photoantwort führen. Wissenschaftler erwarten daher, dass dieser Effekt die Herstellung von Terahertz-Detektoren mit viel höherer Empfindlichkeit ermöglichen wird.

„Damit kommen wir dem Ziel, die Terahertz-Technologie in der realen Welt nutzbar zu machen, einen Schritt näher“, schließt Professor Ritchie.


Resonante Tunneldioden-Oszillatoren zur Detektion von Terahertz-Wellen


Mehr Informationen:
Wladislaw Michailow et al., Photoelektrischer Effekt in der Ebene in elektronischen 2D-Systemen zur Terahertz-Detektion, Wissenschaftlicher Fortschritt (2022). DOI: 10.1126 / sciadv.abi8398

Präsentiert von der University of Cambridge

das Zitat: One Step Closer to Making Terahertz Technology Usable in the Real World (2022, 23. Mai) Abgerufen am 25. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-closer-terahertz-technology-usable-real.html

Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Ungeachtet eines fairen Umgangs zum Zwecke des privaten Studiums oder der Forschung darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt wird nur zu Informationszwecken bereitgestellt.

Leave a Comment