東北大學教授大一大一(Taiichi Otsuji)領導了一個國際研究小組，成功地證明了干電池電驅(qū)動的石墨烯中太赫茲(THz)輻射的室溫相干放大。大約40年前，等離子波電子產(chǎn)品的到來開辟了許多新的機會?？茖W家對等離子波的傳播速度快于電子傳播的可能性著迷，這表明所謂的“等離子”設備可以在太赫茲頻率下工作。然而，實現(xiàn)這種放大器或發(fā)射器的實驗嘗試仍然難以捉摸。

“我們的研究探討的THz光等離子體激元耦合，光吸收，和擴增使用，因為它的優(yōu)異的基于石墨烯的系統(tǒng)室溫電氣和光學特性，”大辻教授誰是基于在超寬帶信號處理實驗室在東北所述大學電氣通信研究所(RIEC)。

由日本，法國，波蘭和俄羅斯機構的成員組成的研究小組設計了一系列單層石墨烯溝道晶體管結構。它們具有原始的雙聚集門，可作為高效天線來耦合太赫茲輻射和石墨烯等離子體激元。

測量中制造的石墨烯晶體管結構的掃描電子顯微鏡俯視圖。它具有稱為“雙柵柵”的獨特晶體管電極結構，其中準備了兩組具有梳狀光柵形狀的柵電極并以叉指狀排列。學分：東北大學

使用這些設備使研究人員能夠演示可調(diào)諧的共振等離子體吸收，隨著電流的增加，會導致THz輻射放大。在單層石墨烯中觀察到高達9%的放大增益-遠遠超過了眾所周知的界標水平2.3%，這是光子在不激發(fā)石墨烯等離子體激元的情況下直接與電子相互作用時可獲得的最大值。

為了解釋結果，研究團隊使用了耗散的等離子體晶體模型，捕捉了放大現(xiàn)象的主要趨勢和基本物理學。具體來說，該模型預測通道直流電流的增加，該電流將驅(qū)動系統(tǒng)進入放大狀態(tài)。這表明等離子波可以以相干方式將dc能量轉換為輸入的THz電磁波。

Otsuji教授補充說：“由于所有結果都是在室溫下獲得的，我們的實驗結果為采用新一代全電子，諧振和壓控THz放大器的THz等離子體技術進一步鋪平了道路。”