Loading...

Ученые повысили чувствительность терагерцового детектора, деформируя его структуру
Christoph Hohmann/NIM/A. Holleitner/TUM

Новый детектор позволит разработать новые системы терагерцовой спектроскопии высокого разрешения. Это даст возможность исследовать вещество быстро и без деформации. Исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology.

Терагерцовое излучение — это электромагнитное излучение. Его спектр частот находится между инфракрасным и инфраволновым. В этот диапазон входят спектры излучения астрономических объектов, сложных органических молекул, например белков и ДНК, некоторых взрывчатых веществ, соединений — загрязнителей атмосферы. Это излучение может просвечивать объект, однако, в отличие от рентгена, оно абсолютно безвредно для человека, благодаря чему его используют, например, для поиска запрещенных предметов в аэропортах и на вокзалах. Однако у этого излучения есть существенный недостаток: когда оно проходит через проводящие среды (например, влажный воздух или ткани тела человека), его мощность сильно снижается. 

Терагерцовое излучение можно регистрировать, воздействуя на полупроводник ультракороткими лазерными импульсами и фиксируя изменения его фотопроводимости — способности проводить электричество при поглощении электромагнитного излучения. На этом эффекте основан принцип действия оптико-терагерцовых преобразователей, которые часто используются в современных системах спектроскопии и визуализации объектов и работают с недорогими и коммерчески доступными инфракрасными лазерами. Слабое место таких устройств — эффективность преобразования терагерцового сигнала. Этот показатель во многом зависит от электронных свойств полупроводника, на основе которого он изготовлен. Специалисты пробуют разные подходы, чтобы улучшить характеристики преобразователя для детектирования терагерцового излучения.

Ученые из Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН (Москва), Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН (Москва) и МГТУ имени Н.Э. Баумана (Москва) повысили чувствительность детектора, внеся в решетку полупроводника упругие деформации. Исследователи наносили на изолирующую пластину тончайшие слои двух сплавов, один из которых состоял из индия, галлия и мышьяка, а во втором вместо галлия был взят алюминий. Благодаря этому образовалась сверхрешетка. Из-за того что содержание индия понижено, в одном из сплавов возникли деформации, которые дали возможность ученым управлять параметрами полупроводника.

Ученые с помощью экспериментов убедились в эффективности нового устройства. Они подтвердили, что преобразователи, разработанные на основе напряженной сверхрешетки, могут работать не только с сигналами высокой частоты, но и с относительно низкими частотами. По сравнению с аналогичными характеристиками для оптико-терагерцовых преобразователей на основе не напряженной сверхрешетки созданные детекторы имеют высокую эффективность.

«На сегодняшний день в России не существует компаний, которые занимаются созданием отечественных терагерцовых преобразователей, использующих эффект фотопроводимости. При этом спрос на компактные и недорогие системы построения изображений в терагерцовом диапазоне на основе таких преобразователей постоянно растет. Поэтому создать полностью отечественную элементную базу терагерцового диапазона важно и с чисто практической точки зрения. Эти разработки могут найти применение во многих социально-значимых областях, от нужд персонализированной медицины до систем терагерцовой связи нового поколения 5,5 и 6G. Наша разработка — важный шаг в этом направлении», — рассказал Дмитрий Пономарев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИОФ РАН, заместитель директора по научной работе ИСВЧПЭ РАН.