Compact, gevoelige en snelle nanodetectoren worden door veel onderzoekers over de hele wereld beschouwd als een soort 'heilige graal'. En nu is een team van wetenschappers in Italië en Frankrijk geïnspireerd door nanomaterialen en heeft het een nieuw solid-state technologieplatform gecreëerd dat de deur opent naar het gebruik van terahertz (THz)-fotonica in een breed scala aan toepassingen.

Gedurende het afgelopen decennium, materiaalonderzoek heeft een essentiële rol gespeeld bij het opvullen van de THz-kloof, beginnend met de ontwikkeling van THz-kwantumcascadelasers, die sterk afhankelijk zijn van heterogestructureerde kunstmatige nanomaterialen met halfgeleiders. De ontwikkeling van THz-spectroscopie, nanospectroscopie en THz-beeldvorming breidden het scala aan krachtige hulpmiddelen uit voor de karakterisering van een breed scala aan materialen, waaronder eendimensionale of tweedimensionale halfgeleiders, biomoleculen en grafeen.

Het ontbrekende stuk? Een complementaire detectietechnologie die in staat is om te voldoen aan THz-toepassingsgerichte behoeften op gebieden zoals biomedische diagnostiek, veiligheid, cultureel erfgoed, kwaliteitscontroles en procescontroles, en draadloze communicatie met hoge datasnelheid waarvoor ad-hoc geïntegreerde generatie- en detectiesystemen nodig zijn.

Zoals de wetenschappers in het tijdschrift rapporteren APL-materialen , van AIP-publicatie, door een benadering te gebruiken die gebruikmaakt van de excitatie van plasmagolven in het kanaal van veldeffecttransistoren (FET), ze waren in staat om de eerste FET-detectoren te maken op basis van halfgeleider nanodraden, ontworpen in een overvloed aan architecturen, waaronder taps toelopende, heterostructuren en metamateriaal-antenne gekoppeld. Terwijl ze bezig waren, ze ontwikkelden ook de eerste THz-detectoren gemaakt van mono- of bi-layer grafeen.

"Ons werk laat zien dat nanodraad-FET-technologie veelzijdig genoeg is om 'ontwerp' mogelijk te maken via lithografie van de parameters van de detector en zijn belangrijkste functionaliteiten, " legde Miriam Serena Vitiello uit, hoofdauteur van het artikel en onderzoekswetenschapper en groepsleider van de Terahertz Photonics Group in het Nanoscience Institute bij CNR en Scuola Normale Superiore in Pisa, Italië.

Waar is de nanodraaddetector toe in staat? Het biedt "een concreet perspectief van toepassingsgericht gebruik, omdat het werkt bij kamertemperatuur en detectiefrequenties bereikt van meer dan 3 THz, met maximale modulatiesnelheid in het MHz-bereik, en geluidsequivalente vermogens die al concurreren met de beste commercieel beschikbare technologieën, ' zei Vitello.

Op het gebied van toepassingen, omdat de nanodetectoren kunnen worden afgetapt voor snelle beeldvorming over een groot gebied over zowel het THz- als het sub-terahertz-spectrumbereik, wees niet verbaasd om te zien dat ze in de nabije toekomst worden gecommercialiseerd voor een verscheidenheid aan spectroscopische en real-time imaging-toepassingen - mogelijk zelfs in de vorm van snelle multi-pixel THz-camera's.

Volgende, de doelen van de wetenschappers zijn om "de prestaties van het apparaat in het ultrasnelle detectierijk te pushen, de haalbaarheid van enkelvoudige fotondetectie onderzoeken door gebruik te maken van nieuwe architecturen en materiaalkeuzes, ontwikkel compacte brandvlakarrays, en om de nanodraaddetectoren op de chip te integreren met THz-kwantumcascademicrolasers, " merkte Vitiello op. "Dit zal ons in staat stellen om THz-fotonica naar een geheel nieuw niveau van 'compactheid' en veelzijdigheid te brengen, waar het eindelijk kan beginnen met het aanpakken van veel killer-applicaties."