Российские ученые создали дешевый, высокочувствительный и быстродействующий терагерцовый детектор на основе термоэлектрических пленок. Результаты их работы опубликованы в журнале Photonics. В перспективе изобретение будет широко использоваться в медицине, в сфере обороны, например для обнаружения скрытого оружия, и в других практических областях.
«Существующие детекторы основаны на измерении теплового возбуждения поверхности. Несмотря на многие недавние достижения в области технологии терагерцовых датчиков, самые быстрые из них имеют низкую чувствительность, а самые чувствительные, как правило, медленные. Одна из основных задач этого исследования — поиск новых термоэлектрических материалов с высокой чувствительностью к терагерцовому излучению при комнатной температуре. Тогда не придется использовать дорогое и сложное охлаждающее оборудование», — рассказал соавтор статьи и руководитель проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, руководитель лаборатории «Терагерцовая биомедицина», доцент-исследователь факультета энергетики и экотехнологий Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики Михаил Ходзицкий.
Создание приборов, которые показывали бы хорошую чувствительность в обычных условиях, осложнено тем, что на высокочастотную область терагерцового излучения приходится и тепловое излучение предметов комнатной температуры, из-за чего одно очень сложно отделить от другого. Тем не менее у таких устройств очень значительные перспективы применения, так как терагерцовое излучение обладает уникальной способностью проникать во многие материалы и получать их особенный «спектральный портрет» через упаковку, что позволяет находить вредные или запрещенные вещества в почтовых конвертах, а также контрабанду в багаже. Кроме того, в отличие от рентгеновского излучения, оно не наносит вреда тканям организма. И это делает его перспективным для медицинской диагностики — в том числе и для поиска раковых опухолей.
Ученым удалось разработать многообещающую, компактную и недорогую альтернативу существующим датчикам. Они создавали тонкие термоэлектрические пленки на основе висмута (Bi) с разной концентрацией сурьмы (Sb), а затем исследовали их под воздействием терагерцового излучения. Поглощение терагерцового излучения материалом приводило к увеличению концентрации носителей заряда и изменению напряжения между контактами на термоэлектрической пленке, которое регистрировали вольтметром. Для усиления терагерцового отклика в пленке с помощью лазерной гравировки предварительно вырезали специальные углубления в виде крестообразных резонаторов.
Полученный терагерцовый детектор действует довольно быстро: время отклика меньше десяти миллионных долей секунды. Его легко настроить под нужную частоту обнаружения, поэтому он может использоваться для разных диапазонов. Эти свойства очень пригодятся при разработке устройств беспроводной связи нового поколения, основанных на передаче терагерцовых сигналов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
