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使用新型石墨烯放大器解锁电磁频谱中的隐藏频率

时间：2022-04-10 16:25:34 来源：

新的石墨烯放大器已经能够解锁电磁频谱中的隐藏频率。

研究人员创造了一种独特的设备，它将释放难以捉摸的太赫兹波长，并使革命性的新技术成为可能。

太赫兹波（THz）位于光频谱中的微波和红外线之间，但是由于其太低的能量，科学家无法利用它们的潜力。

这个难题在科学界被称为太赫兹缺口。

能够检测和放大太赫兹波（T射线）将开辟医疗，通信，卫星，宇宙学和其他技术的新时代。

最大的应用之一是作为X射线的安全，无损替代品。

太赫兹频率的光击中了“三明治”，并被额外的能量反射。

但是，到目前为止，由于来自所有现有光源的μ信号相对较弱，波长（介于3mm至30m之间）被证明无法利用。

一组物理学家使用石墨烯和高温超导体创建了一种新型的光学晶体管-一种工作的THz放大器。

简单放大器的物理原理取决于石墨烯的性质，石墨烯是透明的，对光不敏感，并且电子不具有质量。

它由两层石墨烯和一个超导体组成，它们将石墨烯的无质量电子捕获在它们之间，就像一个三明治。然后将设备连接到电源。

当太赫兹辐射击中石墨烯外层时，内部捕获的粒子将自身附着在输出波上，从而赋予它们比到达的波更多的功率和能量，从而将其放大。

石墨烯放大器。

拉夫堡大学物理系的Fedor Kusmartsev教授说：该器件具有非常简单的结构，由两层石墨烯和超导体组成，形成了三明治结构（如上所示）。

“当太赫兹光落在三明治上时，它像镜子一样被反射。要点是反射的光要多于落在设备上的光。

“之所以起作用，是因为外部能量是由电池或由电磁频谱中其他更高频率撞击表面的光提供的。太赫兹光子被石墨烯转变为无质量的电子，再将其转换回反射的，激发的太赫兹光子。

“由于这种转变，太赫兹光子从石墨烯或电池中获取能量，并且太赫兹信号变弱。”

突破–由英国拉夫堡大学的研究人员完成；韩国复杂系统理论物理中心；中国的微型/纳米制造实验室微系统和THz研究中心以及俄罗斯的AV Rzhanov半导体物理研究所已在《物理评论快报》的《美国物理学会》（APS）杂志上发表了该论文。

T射线可以替代X射线，作为医学成像的非破坏性替代手段。

该团队将继续开发该设备，并希望尽快准备好原型以进行测试。

库斯马采夫教授表示，他们希望有一个工作放大器能够在大约一年后投入商业化生产。他补充说，这样的设备将极大地改善当前的技术，并使科学家能够揭示有关人脑的更多信息。

“宇宙充满了太赫兹辐射和信号，实际上，所有生物都吸收和发射它。

“我希望，有了这样的放大器，我们将能够发现自然界的许多奥秘，例如，化学反应和生物过程是如何进行的，或者我们的大脑如何运作以及我们如何思考。

太赫兹范围是人类最后采用的辐射频率。微波，红外线，可见光，X射线和其他带宽对于无数的科学技术进步至关重要。

“它具有的特性将极大地改善广阔的科学领域，例如成像，光谱学，层析成像，医学诊断，健康监测，环境控制以及化学和生物识别。

“我们开发的设备将使科学家和工程师能够利用虚幻的带宽来创建下一代医疗设备，检测硬件和无线通信技术。”

参考：K.H.A.“在宽带太赫兹域中用于放大辐射的光学晶体管”维尔加斯Kusmartsev，Y。Luo和I.G.萨文科（Savenko），2020年2月26日，《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.124.087701


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