Onderzoekers van het Centrum voor Theoretische Fysica van Complexe Systemen (PCS), binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea) hebben een transistor van grafeen voorgesteld en een tweedimensionale supergeleider die terahertz (THz)-signalen versterkt. Dit onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met collega's van het Micro/Nano Fabrication Laboratory Microsystem en Terahertz Research Center (China), het A. V. Rzhanov Instituut voor Halfgeleiderfysica (Rusland), en Loughborough University (VK) en werd gepubliceerd in: Fysieke beoordelingsbrieven .

De groeiende belangstelling voor het THz-frequentiebereik kan eenvoudig worden verklaard door de verschillende mogelijke toepassingen. Dit gebied van het elektromagnetische spectrum, tussen radiogolven en infrarood licht, is geschikt voor afbeeldingen met een extreem hoge resolutie, niet-invasieve tumordetectie, bioveiligheid, telecommunicatie, en encryptie-decryptie procedures, onder andere. Echter, praktisch, het vinden van een krachtige stralingsbron in dit frequentiebereik is zo uitdagend, dat onderzoekers dit probleem gewoonlijk de 'Terahertz-kloof' noemen.

In dit werk, de onderzoekers stelden een nieuwe strategie voor om THz-straling van zwakke en niet-uniforme signalen te versterken, die veel voorkomen in, bijvoorbeeld, biologische monsters. Het apparaat bestaat uit een grafeenvel dat zich in de buurt van een tweedimensionale supergeleider bevindt en is verbonden met een stroombron, die voldoende energie levert om de elektronen van de supergeleider te exciteren. De THz-signaalversterking wordt verklaard door het collectieve oscillerende gedrag van elektronen in beide materialen plus de kwantumcapaciteit van grafeen.

"Dit werk demonstreert de toepassingsgerichte perspectieven van systemen die puur worden gekenmerkt door kwantumeffecten. Licht-materie-interactie in deze hybride systemen vertegenwoordigt niet alleen fundamenteel belang, maar het kan een basis worden voor toekomstige apparaten, zoals terahertz logische poorten, waar momenteel veel vraag naar is, " legt Ivan Savenko uit, de leider van het Light-Matter Interaction in Nanostructures (LUMIN) team bij PCS IBS.