Ny solid-state nanomateriale platform muliggør terahertz fotonik

Kompakt, Følsomme og hurtige nanodetektorer anses for at være noget af en "hellig gral", som mange forskere rundt om i verden efterspørger. Og nu er et team af forskere i Italien og Frankrig blevet inspireret af nanomaterialer og har skabt en ny solid-state teknologiplatform, der åbner døren til brugen af ​​terahertz (THz) fotonik i en bred vifte af applikationer.

I løbet af det seneste årti, materialeforskning har spillet en væsentlig rolle i at udfylde THz-gabet, begyndende med udviklingen af ​​THz kvantekaskadelasere, som er stærkt afhængige af halvleder-heterostrukturerede kunstige nanomaterialer. Udviklingen af ​​THz-spektroskopi, nanospektroskopi og THz-billeddannelse udvidede rækken af ​​kraftfulde værktøjer til karakterisering af en bred vifte af materialer - inklusive en- eller todimensionelle halvledere, biomolekyler og grafen.

Den manglende brik? En komplementær detektionsteknologi, der er i stand til at opfylde THz-applikationsorienterede behov inden for områder som biomedicinsk diagnostik, sikkerhed, kulturarv, kvalitets- og proceskontrol, og trådløs kommunikation med høj datahastighed, der kræver integrerede ad hoc-genererings- og detektionssystemer.

Som forskerne rapporterer i tidsskriftet APL materialer , fra AIP forlag, ved at bruge en tilgang, der udnytter excitationen af ​​plasmabølger i kanalen for felteffekttransistorer (FET), de var i stand til at skabe de første FET-detektorer baseret på halvleder nanotråde, designet i et væld af arkitekturer - inklusive tilspidsninger, heterostrukturer og metamateriale-antenne koblet. Mens de var i gang, de udviklede også de første THz-detektorer lavet af mono- eller to-lags grafen.

"Vores arbejde viser, at nanowire FET-teknologi er alsidig nok til at muliggøre 'design' via litografi af detektorens parametre og dens hovedfunktioner, " forklarede Miriam Serena Vitiello, hovedforfatter af papiret samt forsker og gruppeleder for Terahertz Photonics Group i Nanoscience Institute ved CNR og Scuola Normale Superiore i Pisa, Italien.

Hvad er nanotrådsdetektoren i stand til? Det giver "et konkret perspektiv på anvendelsesorienteret brug, da det fungerer ved stuetemperatur - når detektionsfrekvenser større end 3 THz, med maksimal modulationshastighed i MHz-området, og støjækvivalente kræfter, der allerede er konkurrencedygtige med de bedste kommercielt tilgængelige teknologier, " sagde Vitiello.

Med hensyn til applikationer, fordi nanodetektorerne kan aflyttes til hurtig billeddannelse i stort område på tværs af både THz og sub-terahertz spektralområder, bliv ikke overrasket over at se dem kommercialiseret i den nærmeste fremtid til en række forskellige spektroskopiske og realtids billedbehandlingsapplikationer - muligvis endda i form af hurtige multi-pixel THz-kameraer.

Næste, videnskabsmændenes mål er at "skubbe enhedens ydeevne i den ultrahurtige detektionsrige, udforske gennemførligheden af ​​enkeltfotondetektion ved at bruge nye arkitekturer og materialevalg, udvikle kompakte focal plane arrays, og at integrere on-chip nanotrådsdetektorerne med THz kvantekaskademikrolasere, " bemærkede Vitiello. "Dette vil give os mulighed for at tage THz-fotonik til et helt nyt niveau af 'kompakthed' og alsidighed, hvor den endelig kan begynde at behandle mange dræberapplikationer."