石墨烯为下一代太赫兹天文探测器发展奠定了基础
近日，据外媒报道，来自查尔姆斯理工大学的研究人员展示了一种由石墨烯制成的探测器，它可以彻底改变下一代太空望远镜中使用的传感器。该研究结果最近发表在科学杂志“ 自然天文学”上。
该图描绘了用石墨烯检测太赫兹（THz）外差的示意图。在此，两个太赫兹波（红色）耦合到石墨烯中，在那里它们被组合或混合。其中一个波是由本地THz光源（即本地振荡器）以已知的THz频率产生的高强度信号。另一个信号是微弱的太赫兹波，它模仿来自太空的波浪。
除超导体之外，很少有材料能够满足制造用于天文学的超灵敏和快速太赫兹（THz）探测器所需的要求。而Chalmers的研究人员已经证明，工程石墨烯为太赫兹外差检测增加了新的材料范例。
“即使没有有效电子，石墨烯也可能是唯一一种仍然是电/热导体的材料。我们已经通过组装电子接受分子在石墨烯（也称为狄拉克点）中达到了近零电子的情况。我们的研究结果表明，当掺杂到狄拉克点时，石墨烯是太赫兹外差检测的一种非常好的材料，“量子器件物理实验室助理教授，该论文的第一作者Samuel Lara-Avila说。
实验演示涉及外差检测，其中使用石墨烯组合或混合两个信号。一个信号是已知THz频率的高强度波，由本地源（即本地振荡器）产生。第二个是微弱的太赫兹信号，模仿来自太空的波浪。石墨烯混合这些信号，然后以更低的千兆赫兹（GHz）频率产生输出波，称为中频，可以使用标准的低噪声千兆赫电子器件进行分析。中频可以越高，探测器所具有的带宽就越高，需要精确地识别天体内的运动。
太赫兹和毫米波实验室教授、该论文的共同作者谢尔盖·切雷尼琴科说：“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 THz光谱范围内达到量子限制操作。此外，带宽可以超过20 GHz，大于5 GHz，这是最先进技术所能提供的。“
石墨烯太赫兹探测器的另一个重要方面是本地振荡器实现可靠的微弱太赫兹信号检测所需的极低功率，比超导体要求低几个数量级。这可以实现量子限制的太赫兹相干探测器阵列，从而为宇宙的三维成像打开了大门。
空间、地球和环境部的天文学家Elvire De Beck没有参与这项研究，不过他解释了对实际天文学可能产生的影响：“这种基于石墨烯的技术具有巨大的潜力，可用于未来的太空任务，旨在揭示水、碳、氧和生命本身都来自地球。一个轻量级、高功效的三维成像器，在太赫兹频率下受到量子限制，对于这些雄心勃勃的任务至关重要。但目前，太赫兹三维成像仪根本就不是可用“。
量子器件物理实验室的教授、该论文的共同作者谢尔盖库巴特金解释说：“太赫兹探测器的核心是石墨烯和分子组装系统，这本身就是一种新型的复合二维材料，值得更深从基本的角度来看，它显示出一种由量子力学效应支配的全新的电荷/热传输机制。“
查看全文
张帅说传感
解读传感器发展趋势，洞悉传感器产业背后发展逻辑，关注企业、技术、市场、产品等。
作者最近更新
-
可穿戴传感器被国外保险公司用于优化理赔计算张帅说传感
2020-10-07
-
为什么造智能传感器，必须要建产业园？张帅说传感2020-10-04
-
这款油田钻井钻头传感器可精确测量应变和压力数据张帅说传感2020-08-11
评论0条评论