为可调谐石墨烯等离子体太赫兹放大器铺平道路

东北大学教授大一大一(Taiichi Otsuji)领导了一个国际研究小组，成功地证明了干电池电驱动的石墨烯中太赫兹(THz)辐射的室温相干放大。大约40年前，等离子波电子产品的到来开辟了许多新的机会。科学家对等离子波的传播速度快于电子传播的可能性着迷，这表明所谓的“等离子”设备可以在太赫兹频率下工作。然而，实现这种放大器或发射器的实验尝试仍然难以捉摸。

“我们的研究探讨的THz光等离子体激元耦合，光吸收，和扩增使用，因为它的优异的基于石墨烯的系统室温电气和光学特性，”大辻教授谁是基于在超宽带信号处理实验室在东北所述大学电气通信研究所(RIEC)。

由日本，法国，波兰和俄罗斯机构的成员组成的研究小组设计了一系列单层石墨烯沟道晶体管结构。它们具有原始的双聚集门，可作为高效天线来耦合太赫兹辐射和石墨烯等离子体激元。

测量中制造的石墨烯晶体管结构的扫描电子显微镜俯视图。它具有称为“双栅栅”的独特晶体管电极结构，其中准备了两组具有梳状光栅形状的栅电极并以叉指状排列。学分：东北大学

使用这些设备使研究人员能够演示可调谐的共振等离子体吸收，随着电流的增加，会导致THz辐射放大。在单层石墨烯中观察到高达9%的放大增益-远远超过了众所周知的界标水平2.3%，这是光子在不激发石墨烯等离子体激元的情况下直接与电子相互作用时可获得的最大值。

为了解释结果，研究团队使用了耗散的等离子体晶体模型，捕捉了放大现象的主要趋势和基本物理学。具体来说，该模型预测通道直流电流的增加，该电流将驱动系统进入放大状态。这表明等离子波可以以相干方式将dc能量转换为输入的THz电磁波。

Otsuji教授补充说：“由于所有结果都是在室温下获得的，我们的实验结果为采用新一代全电子，谐振和压控THz放大器的THz等离子体技术进一步铺平了道路。”