Kompakt, känsliga och snabba nanodetektorer anses vara något av en "helig gral" eftersökt av många forskare runt om i världen. Och nu har ett team av forskare i Italien och Frankrike inspirerats av nanomaterial och har skapat en ny solid state-teknologiplattform som öppnar dörren för användningen av terahertz (THz) fotonik i en mängd olika tillämpningar.

Under det senaste decenniet, materialforskning har spelat en viktig roll för att fylla THz-gapet, börjar med utvecklingen av THz kvantkaskadlasrar, som är starkt beroende av halvledarheterostrukturerade konstgjorda nanomaterial. Utvecklingen av THz-spektroskopi, nanospektroskopi och THz-avbildning utökade utbudet av kraftfulla verktyg för karakterisering av ett brett spektrum av material – inklusive endimensionella eller tvådimensionella halvledare, biomolekyler och grafen.

Den saknade biten? En kompletterande detektionsteknologi som kan uppfylla THz-applikationsorienterade behov inom områden som biomedicinsk diagnostik, säkerhet, kulturellt arv, kvalitets- och processkontroller, och trådlös kommunikation med hög datahastighet som kräver integrerade ad hoc-generering och detektionssystem.

Som forskarna rapporterar i tidskriften APL-material , från AIP publishing, genom att använda ett tillvägagångssätt som utnyttjar exciteringen av plasmavågor i fälteffekttransistorernas (FET) kanal, de kunde skapa de första FET-detektorerna baserade på halvledarnanotrådar, designad i en uppsjö av arkitekturer – inklusive avsmalningar, heterostrukturer och metamaterial-antenn kopplade. Medan de höll på, de utvecklade också de första THz-detektorerna gjorda av mono- eller tvåskiktsgrafen.

"Vårt arbete visar att nanotråds FET-teknik är mångsidig nog för att möjliggöra "design" via litografi av detektorns parametrar och dess huvudfunktioner, " förklarade Miriam Serena Vitiello, huvudförfattare till artikeln samt forskare och gruppledare för Terahertz Photonics Group vid Nanoscience Institute vid CNR och Scuola Normale Superiore i Pisa, Italien.

Vad är nanotrådsdetektorn kapabel till? Det erbjuder "ett konkret perspektiv på applikationsorienterad användning, eftersom den arbetar vid rumstemperatur - når detekteringsfrekvenser större än 3 THz, med maximal modulationshastighet i MHz-området, och bullerekvivalenta krafter som redan är konkurrenskraftiga med de bästa kommersiellt tillgängliga teknikerna, sa Vitiello.

När det gäller applikationer, eftersom nanodetektorerna kan avlyssnas för snabb avbildning av storarea över både THz och sub-terahertz spektralområdena, Bli inte förvånad över att se dem kommersialiseras inom en snar framtid för en mängd olika spektroskopiska och realtidsavbildningstillämpningar – möjligen till och med i form av snabba multipixel THz-kameror.

Nästa, forskarnas mål är att "pressa enhetens prestanda i det ultrasnabba detektionsområdet, utforska genomförbarheten av enfotondetektion genom att använda nya arkitekturer och materialval, utveckla kompakta fokalplansmatriser, och att integrera nanotrådsdetektorerna på chipet med THz kvantkaskadmikrolasrar, ", noterade Vitiello. "Detta kommer att tillåta oss att ta THz-fotonik till en helt ny nivå av "kompakthet" och mångsidighet, där den äntligen kan börja ta itu med många mördande applikationer."