用石墨烯及超導體打造放大器,物理學家盼填補兆赫波間隙

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 05 日 20:12 | 分類 尖端科技 follow us in feedly


運用石墨烯和高溫超導體,物理學家團隊開發出一種設備,預期能夠做為兆赫波(THz)放大器來使用,團隊相信隨著研究持續進行,將開啟醫療、通信、衛星等多領域的新時代。

所謂的兆赫輻射(Terahertz, THz),指的是頻率於 0.3-3 THz 範圍的電磁波,在光譜中介於微波和紅外線之間,由於有別與傳統光源的特性,兆赫波被認為存在許多潛在用途,包含天文、通信、衛星應用都備受看好,在醫療領域中,甚至被認為可做為 X 光的安全、無害替代方法。

然而截至目前為止,由於仍難以製造出有效兆赫波產生源和靈敏探測器,兆赫波仍無法被有效運用,因此這一波段也被稱為「兆赫波間隙」(Terahertz gap)。

《物理評論快報》(Physical Review Letters)的最新論文中,物理學家運用石墨烯和高溫超導體打造出一種新型的光學電晶體(optical transistor),能夠檢測、放大 THz 波使其可供應用。團隊目前正持續開發設備,希望盡快準備好原型進行測試,並於一年內將放大器投入商業化生產。

▲ 團隊設計的放大器由兩層石墨烯和一個高溫超導體組成。當兆赫波擊中外層石墨烯,夾層內捕獲的電子將能量附加於兆赫波上,進而放大反射的兆赫波。(Source:arXiv 論文

研究作者、羅浮堡大學(Loughborough University)物理系教授 Fedor Kusmartsev 認為,這種設備將大幅改善現有技術,使科學家能夠揭開有關人腦的更多資訊。

「宇宙中充滿了兆赫輻射和訊號,所有生物都吸收並發射它,透過新開發的 THz 放大器,人們將得以發現自然界的許多奧秘,像是化學反應、生物工程的流程為何,大腦的運作和思考又是如何發揮作用等。」

Kusmartsev 指出,微波、紅外線、可見光、X 光和其他頻寬對於無數的科學和技術發展都至關重要,而兆赫輻射是最晚被人類採用的輻射頻率,透過 THz 波獨有的特性,成像、光譜學、斷層掃描、醫學診斷、健康監控、環境控制及化學和生物識別等廣泛科學領域發展都有望獲得大幅改善。

「我們開發的設備將使科學家和工程師能夠利用新頻寬,創造出下一代醫療設備、檢測硬體和無線通訊技術」。

(首圖來源:shutterstock)