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技术突破使我们距离现实中的太赫兹技术更近了一步
发布时间:2022-06-14 21:39:58 阅读:101

来源:cnBeta.COM

    科学家们在二维导电系统中发现了一种新的效应,有望改善太赫兹探测器的性能。最近在二维导电系统中的一项物理学发现使一种新型的太赫兹探测器成为可能。太赫兹频率位于电磁辐射频谱的微波和红外之间,可以实现更快、更安全、更有效的成像技术,以及更高速的无线通信。由于缺乏有效的实际设备阻碍了这些发展,但这一新的突破使我们离这些先进技术更近了一步。

    首先,什么是太赫兹波?“我们使用发射微波辐射的移动电话进行通信,并使用红外相机进行夜视。太赫兹是介于微波和红外辐射之间的电磁辐射类型,”剑桥大学卡文迪什实验室半导体物理组组长大卫-里奇教授解释说,“但目前,缺乏这种类型的辐射源和探测器,它们将是廉价、高效和易于使用的。这阻碍了太赫兹技术的广泛使用”。

    半导体物理组的研究人员与意大利比萨和都灵的研究人员一起,在2002年首次展示了太赫兹频率的激光器,即量子级联激光器的运行。从那时起,该小组继续研究太赫兹物理和技术,目前正在研究和开发功能性太赫兹设备,其中包括超材料形成的调制器,以及新型的检测器。

Wladislaw Michailow展示在洁净室中的装置和制造后的太赫兹探测器

    如果解决了缺乏可用设备的问题,太赫兹辐射可以在安全、材料科学、通信和医学方面有许多有用的应用。例如,太赫兹波允许对肉眼无法看到的癌症组织进行成像。它们可以被用于新一代安全和快速的机场扫描仪,使之有可能将药品与非法药物和爆炸物区分开来,而且它们可以被用来实现超越最先进水平的更快无线通信。

    那么,最近的发现是关于什么的呢?“我们正在开发一种新型的太赫兹探测器,”剑桥大学三一学院初级研究员Wladislaw Michailow博士说,“但在测量其性能时,发现它显示的信号比理论上应该的要强得多。所以我们想出了一个新的解释”。

    科学家们说,这种解释在于光与物质的互动方式。在高频率下,物质以单粒子--光子的形式吸收光。这种解释最早由爱因斯坦提出,构成了量子力学的基础,并能够解释光电效应。这种量子化的光激发是我们智能手机中的摄像头检测光线的方式;它也是太阳能电池中从光线中产生电力的原因。

    众所周知的光电效应包括入射光子从导电材料--金属或半导体,而后释放电子。在三维案例中,电子可以被紫外线或X射线范围内的光子驱逐到真空中,或者在中红外到可见光范围内被释放到电介质中。新颖之处在于发现了太赫兹范围内的量子光激发过程,类似于光电效应。该研究的第一作者Wladislaw解释说:“迄今为止,这种效应可以在高度导电的二维电子气体中以更低的频率存在,这一事实尚未被理解,但我们已经能够通过实验证明这一点。”该效应的定量理论是由德国奥格斯堡大学的一位同事提出的,这个国际研究小组最近在著名的《科学进展》杂志上发表了他们的发现。

    研究人员将这种现象相应地称为 “面内光电效应”。在相应的论文中,科学家们描述了利用这种效应进行太赫兹检测的几个好处。特别是,由入射太赫兹辐射产生的 “面内光电效应” 的光反应量级,远远高于迄今为止已知的引起太赫兹光反应的其他机制的预期。因此,科学家们预计,这种效应将使太赫兹探测器的制造具有大幅提高的灵敏度。这使我们离使太赫兹技术在现实世界中可用又近了一步。

 
 

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