Графен поможет создать следующее поколение терагерцевых астрономических датчиков

Ученые из Технологического университета Чалмерса продемонстрировали детектор из графена, способный произвести революцию в сфере датчиков для следующего поколения космических телескопов.

Выводы исследования опубликованы в Nature Astronomy, сообщает eurekalert.org. Ученые показали, что графен можно использовать для терагерцевого гетеродинного приема.

«Это, вероятно, единственный известный материал, сохраняющий проводимость при почти полном отсутствии электронов. Мы поместили графен в условия точки Дирака, расположив на его поверхности молекулы, поглощающие заряженные частицы. Свойства делают продукт перспективным материалом для гетеродинного приема», — сказал Самуэль Лара-Авила, старший автор работы.

Ученые проводили опыты с 2 сигналами. Один, терагерцевый, генерировался локальным источником. Второй, более слабый, имитирует космические волны. Графен смешал сигналы, затем произведя гигагерцевый импульс (промежуточная частота). Его можно анализировать стандартными устройствами с низким уровнем шума. Чем выше промежуточная частота, тем больший диапазон должен быть у детектора для точного определения движений внутри космических объектов.

«Согласно теоретической модели, графеновый детектор подходит для квантовых операций со спектральным диапазоном 1-5 ТГц. Уровень промежуточных частот может достигать 20 ГГц – больше 5 ГГц, демонстрируемых лучшими современными технологиями», — сказал профессор Сергей Чередниченко, соавтор работы.

Одно из преимуществ детектора – небольшая мощность локального излучателя. Для точного определения слабых сигналов устройство использует на несколько порядков меньше энергии, чем требуется сверхпроводникам. Свойство позволит создать массивы квантовых когерентных детекторов, открывая путь к трехмерной визуализации вселенной.

«Технология имеет большой потенциал для космических миссий, исследующих, как вода, углерод, кислород и жизнь попали на Землю. Легкие, энергоэффективные 3D-визуализаторы, оперирующие квантовыми терагерцевыми частотами, необходимы для таких задач. Но пока такие устройства недоступны», — объяснил астроном Эльвир Де Бек, не участвовавший в проекте.