グラフェンが電磁波スペクトルの隠れた周波数を解明

グラフェンアンプ
LOUGHBOROUGH UNIVERSITY

マドリッド 2月4日
(EUROPA PRESS)

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グラフェンを用いた周波数増幅器は、テラヘルツの波長を通信に利用することを可能にし、革新的な技術を実現する。

テラヘルツ波（THz）は、光の周波数スペクトルの中でマイクロ波と赤外線の間に位置する波ですが、エネルギーが低いため、科学者はその潜在能力を利用することができませんでした。

この難問は、科学の世界では「テラヘルツギャップ」と呼ばれている。

テラヘルツ波（T線）を検出し増幅することができれば、医療、通信、衛星、宇宙工学など、新しい時代の技術を切り開くことができる。

最も重要なアプリケーションの1つは、X線に代わる安全で非破壊の方法でしょう。しかし、これまでのところ、3ミリメートルから30ピコメートルまでの波長は、既存のすべての光源からの信号が比較的弱いため、使用できないことが判明している。

物理学者のチームは、グラフェンと高温半導体を用いて、THz増幅器として機能する新しいタイプの光トランジスターを作製しました。

このアンプを支える物理は、透明で光の影響を受けず、電子に質量がないグラフェンの特性を利用したものである。グラフェンと超伝導体の2層からなり、グラフェンの質量ゼロの電子をサンドイッチのように挟み込んでいる。

Physical Review Lettersに掲載されたこのデバイスは、電源に接続されている。テラヘルツ波がグラフェンの外層に当たると、内部に閉じ込められた粒子が出射波に加わり、出射波よりも大きなパワーとエネルギーを与えて増幅させる。

ラフバラ大学物理学科のFedor Kusmartsev教授は、「このデバイスは、グラフェンと超伝導体の2層でサンドイッチを形成した、非常にシンプルな構造をしています」と述べている。テラヘルツの光がサンドイッチに当たると、鏡のように反射します。

"要は、デバイスに落ちた光よりも反射した光が多くなる "ということです。外部からのエネルギーは電池で供給するか、電磁スペクトルの高い他の周波数から表面に当たる光で供給することで機能する。

「THz光はグラフェンによって質量のない電子に変換され、さらに電子は反射してエネルギーを持ったTHz光に変換される。このような変換により、THz光子はグラフェン、つまり電池からエネルギーを取り、微弱なTHz信号が増幅されるのです。"」