太赫兹高速无线通信时代到来?科学家开发出一种基于石墨烯的量子隧穿手艺

2021-03-01 网络
浏览
[科技新闻]太赫兹高速无线通信时代到来?科学家开发出一种基于石墨烯的量子隧穿手艺

原题目:太赫兹高速无线通信时代到来?科学家开发出一种基于石墨烯的量子隧穿手艺

来自MIPT、莫斯科国立教育大学和曼彻斯特大学的科学家们,基于石墨烯中的量子力学“隧穿效应”,发明晰一种高度敏感的太赫兹探测器。

该装置的敏捷度已经优于基于半导体和超导体的商用类似物,这为石墨烯探测器在无线通信、平安系统、射电天文学和医疗诊断领域的应用开拓了远景。研究结果揭晓在一份高级期刊《自然通讯》(Nature Communications)上。

无线网络中的信息传输,是将高频延续电磁波转换成离散的比特序列。这种手艺被称为信号调制(signal modulation)。为了更快地传输比特,就必须提高调制频率。然而,这需要同步增添载波频率。通俗的调频无线电传输频率为100兆赫,Wi-Fi吸收器使用的信号频率约为5千兆赫,而5G移动网络可以传输高达20千兆赫的信号。

这些都远远没有到达极限,而且载波频率的进一步增添,也会响应地增添数据传输速率。不幸的是,吸收频率在千兆赫甚至更高的信号是一个越来越具有挑战性的问题。

无线通信中使用的典型吸收机,包罗一个基于晶体管的弱信号放大器,和一个将调制信号中的比特序列整流的解调器。这种方案起源于无线电和电视时代,在移动系统所需的数百千兆赫的频率上变得低效。事实是,现有的大多数晶体管的速率都不足以在云云高的频率下充电。

,

科技是智慧的体验,人文科技、未来科技带您走进新时代的步伐,

秀羞科技频道为大家提供科技全方面的报道和资讯服务。

,

解决这一问题的渐进方式是增添晶体管的最大事情频率。纳米电子学领域的大多数专家都在朝着这个偏向努力事情。

在现在的事情中,作者证明晰在所谓的隧穿场效应晶体管(tunneling field-effect transistor)中检测太赫兹信号是非常有用的。

这项研究的作者之一、MIPT光子与2D质料中央光电子2D质料实验室的负责人Dmitry Svintsov博士示意:“在我们之前,没有人意识到隧穿晶体管的同样特征可以应用于太赫兹探测器手艺。”

在这一基础上,研究人员意识到:若是晶体管在低功率的控制信号下开启和关闭,那么它也应该能很好地吸收周围环境的微弱信号。

研究人员开发出来的新装置基于双层石墨烯,接纳的怪异质料,可以通过电压来控制能级的位置(更严格地说,是能带结构)。这使得作者能够在单个器件中在经典传输和量子隧穿传输之间切换,而只需要改变控制触点处的电压极性。这种可能性对于正确对照经典晶体管和量子隧穿晶体管的探测能力是极其重要的。

实验解释,在隧道模式下器件的敏捷度比在经典传输模式下凌驾几个数量级。探测器在噪声靠山下所能识别的最小信号已经可以与商用超导和半导体辐射热计比肩。然而,这不是极限——检测器的敏捷度可以在“清洁”装置中进一步提高,残留杂质浓度较低。所开发的检测理论,通过实验验证,解释这种“最优”探测器的敏捷度可以提高100倍。这些特征,给缔造快速、敏捷的无线通信探测器带来了很大的希望。

译/前瞻经济学人APP资讯组

壮观:地面望远镜同时捕捉到 2 种罕见高层大气闪电

平常看见的闪电通常是离地 10 公里内的对流层现象,但在雷雨云之上,其实还有更特殊也更壮观的高层大气放电现象。 IT之家了解到,由于高层大气放电现象维持时间短,又位于雷云之上,一般很难从地面观察…