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革新性石墨烯探测器 有望打开太空3D成像大门
发布日期:2019-09-17 11:26:29

瑞典最近有研究人员研发出一种由石墨烯制成的探测器,或能彻底革新下一代太空望远镜中的传感器

石墨烯制成的探测器其原理是使用石墨烯实现太赫兹(THz)外差探测,将两种太赫兹波(图中红色部分)射入石墨烯,然后在石墨烯中结合或混合。其中一种是由本地太赫兹辐射源(即本地振荡器)产生的已知太赫兹频率的高强度波。另一种是微弱的太赫兹波,以模拟来自太空的辐射波。 石墨烯将这些太赫兹波混合在一起,然后产生一种更低的千兆赫(GHz)频率的输出波,通常称为“中频(intermediate frequency)”,中频可使用标准低噪声千兆赫电子器件进行分析。中频越高,探测器的带宽就越宽,以达到精确识别天体内部运动的目的。

目前除超导体外,很少有材料能够满足制造超灵敏、快速太赫兹天文探测器的要求。瑞典的研究人员已证明,这种工程石墨烯为太赫兹外差探测增添了一种新材料范例。

 

研究人员表示:“石墨烯可能是目前已知的唯一一种即使在没有电子的情况下仍能有效导电/导热的材料。通过在石墨烯表面聚集可接受电子的分子,我们已在石墨烯中实现了接近零电子的状态,也称为狄拉克点(Dirac point)。我们的研究结果表明,狄拉克点掺杂石墨烯是一种非常好的太赫兹外差探测材料。”

“太赫兹探测器的核心是石墨烯与可接受电子的分子所集成的系统。这本身就是一种新型2D复合材料,从基础理论的角度来说,该材料值得进行更深入的研究,因为它展示了由量子力学效应驱动的全新电荷/热的传输机制。”

 “根据我们的理论模型,这种石墨烯太赫兹探测器有可能在重要的1-5太赫兹光谱范围内达到量子限制工作状态。此外,该探测器带宽可超过20GHz,比目前最先进的技术所能提供的5GHz还要高。”



石墨烯太赫兹探测器的另一个突出优势在于所需的功耗极低,比超导体所需的还要低几个数量级。这将使量子限制的太赫兹相干探测器阵列成为可能,一款可在太赫兹频率达到量子限制的轻量级且高能效的3D成像仪,为宇宙的3D成像打开大门,这对于完成这些雄心勃勃的太空任务来说至关重要。