Figure 1 :Représentation graphique du système d'amplification térahertz (THz) proposé avec une feuille de graphène et un supraconducteur bidimensionnel. L'amplification est due au comportement oscillatoire coordonné des électrons à l'interface entre les deux couches, alimenté par une source lumineuse ou une batterie, ce qui se traduit par un rayonnement THz plus fort, comme indiqué par la flèche jaune réfléchie. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Chercheurs du Centre de Physique Théorique des Systèmes Complexes (PCS), au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud) ont proposé un transistor composé de graphène et d'un supraconducteur bidimensionnel qui amplifie les signaux térahertz (THz). Cette recherche a été menée en collaboration avec des collègues du Micro/Nano Fabrication Laboratory Microsystem et du Terahertz Research Center (Chine), l'Institut A. V. Rzhanov de physique des semi-conducteurs (Russie), et Loughborough University (Royaume-Uni) et a été publié dans Lettres d'examen physique .
L'intérêt croissant pour la gamme de fréquences THz s'explique facilement par ses diverses applications potentielles. Cette région du spectre électromagnétique, entre les ondes radio et la lumière infrarouge, convient aux images à très haute résolution, détection tumorale non invasive, biosécurité, télécommunications, et les procédures de chiffrement-déchiffrement, entre autres. Cependant, pratiquement, trouver une source puissante de rayons dans cette gamme de fréquences est si difficile, que les chercheurs appellent communément ce problème « l'écart térahertz ».
Dans ce travail, les chercheurs ont proposé une nouvelle stratégie pour amplifier le rayonnement THz à partir de signaux faibles et non uniformes, qui sont communs dans, par exemple, échantillons biologiques. Le dispositif est constitué d'une feuille de graphène positionnée à proximité d'un supraconducteur bidimensionnel et est connecté à une source d'alimentation, qui fournit suffisamment d'énergie pour exciter les électrons du supraconducteur. L'amplification du signal THz s'explique par le comportement oscillatoire collectif des électrons dans les deux matériaux plus la capacité quantique du graphène.
"Ce travail démontre les perspectives orientées application de systèmes caractérisés uniquement par des effets quantiques. L'interaction lumière-matière dans ces systèmes hybrides ne représente pas seulement un intérêt fondamental, mais il peut devenir une base pour les futurs appareils, telles que les portes logiques térahertz, qui sont actuellement très demandés, " explique Ivan Savenko, le leader de l'équipe Interaction Lumière-Matière dans les Nanostructures (LUMIN) au PCS IBS.
Figure 2 :Illustration du mécanisme d'amplification des ondes THz. Crédit : Institut des sciences fondamentales
