Logo
Cover

Обнаружение электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне остается трудной задачей. Ситуацию может изменить достижение ученых из Германии и Великобритании — они разработали теорию, объясняющую принципы действия открытого ими физического эффекта. Их работа позволит в будущем изготавливать компактные, недорогие и высокочувствительные ТГц-детекторы для медицинской диагностики или быстрого обмена данными.

Когда рентгеновские лучи падают на металлическую поверхность, они выбивают оттуда электроны. Этот фотоэлектрический эффект может лечь в основу будущих детекторов электромагнитных волн. В слегка измененной форме аналогичный процесс применяется в записи данных цифровыми камерами или в фотоэлементах, которые реагируют на видимый и инфракрасный свет. Однако его энергии недостаточно для того, чтобы выбить электроны.

Энергия терагерцового излучения еще ниже, чем видимого или инфракрасного диапазона. Ее обычно не хватает даже на возбуждениеэ электронов в полупроводниках. В настоящее время существует несколько типов детекторов ТГц-излучения, но необходимы более дешевые и эффективные, пишет Phys.org.

«Недавно мы с коллегами из Великобритании открыли новый физический эффект, который позволяет создавать высокочувствительные детекторы, — сказал Сергей Михайлов из Университета Аугсбурга. — Он основан на полупроводящих материалах с двухмерным электронным газом — тонким проводящим слоем, который формируется под поверхностью полупроводника.

При определенных условиях в такой структуре можно наблюдать фотоэлектрический эффект даже на терагерцовых частотах. Когда эта полупроводящая структура освещается электромагнитными волнами, в двухмерном электронном газе вырабатывается ток в направлении, параллельном поверхности полупроводника».

Ученые разработали теорию «плоскостного фотоэлектрического эффекта», которая объясняет механизм во всех подробностях. Она позволяет выводить различные предсказания, например возможность создавать детекторы, чувствительные к полному терагерцовому диапазону. Теоретически, это означает, что можно будет изготавливать детекторы очень низкой интенсивности излучения.

Подобные детекторы пригодились бы для обнаружения клеток рака кожи, наркотических или взрывчатых веществ в малых объемах. Вдобавок, терагерцовые волны осциллируют быстрее, чем электромагнитное излучение, которое используют в мобильных коммуникациях сегодня. По этой причине, они способны передавать больше информации за тот же объем времени, то есть повысить скорость мобильной связи.

В прошлом году австралийские ученые разработали самый тонкий детектор рентгеновского излучения. В его основе нанолисты моносульфида олова. Сверхчувствительный детектор с высоким быстродействием получился толщиной менее 10 нм.