科學家展示石墨烯兆赫茲探測器,更精準的宇宙 3D 成像不是夢

科學家展示石墨烯兆赫茲探測器,更精準的宇宙 3D 成像不是夢

兆赫茲技術是全世界都在引頸關注的新科技之一,然而除了超導體以外,很少再有材料能應用在兆赫茲(THz)太空探測器上。而最近,瑞典查爾摩斯工學院的科學家展示了一種新的石墨烯探測器,證明石墨烯也可以成為下一代太空望遠鏡的革命性材料,比如應用在超靈敏感測器中。

兆赫輻射(兆赫茲、THz 波)與傳統光源有別,是一種具有許多獨特優點的全新輻射源,為頻率介於 0.3~3THz 的電磁波,波長則約 0.1~1mm,介於微波與紅外光之間。兆赫輻射穿透性強,能夠穿透衣服、聚乙烯,聚酯等各種類型的防護罩,一個關鍵特徵就是許多阻擋可見光和紅外光的材料,會在兆赫茲頻率範圍內變得透明。

兆赫輻射還很安全,比起過量 X 射線可能造成人體損害,兆赫輻射雖然能穿透衣服和塑膠,但對所有生物體都無害,所以擁有一定的技術優勢,幾乎可能在未來改變科學界的遊戲規則,比如醫學成像、遠距離安全檢查、數據傳輸(比如功能更強大的無線設備)、兆赫茲無損檢測等領域。

然而過去除了超導體外,很少有其他材料能勝任應用於天文領域的超靈敏兆赫茲探測器,導致許多探測任務無法有突破性進展。而最近,瑞典查爾摩斯工學院科學家終於展示出成功的石墨烯兆赫茲探測器。

我們知道石墨烯即使在電子匱乏的環境下依然是優秀的電/熱導體,而團隊研究結果表明,當摻雜狄拉克點(Dirac point)時,石墨烯會成為兆赫茲外差檢測(heterodyne detection)非常好的材料。

研究人員以石墨烯感測器組合或混合兩個訊號:一個訊號是高強度的兆赫茲波,來自本地震盪器(local oscillator),另一個是微弱的兆赫茲訊號,模仿來自太空的電磁波,感測器混合這些訊號後以更低的千兆赫茲(GHz)頻率輸出波,接著就能用標準的千兆赫電子元件進行分析。

此外,石墨烯兆赫茲探測器的另一個重要成就,是本地振盪器所需功率極低,比超導體還低幾個數量級,這可以打造量子限制的兆赫茲干涉探測器陣列,打開宇宙 3D 成像領域的大門。

新論文發表在《自然天文學》期刊。

(首圖來源:查爾摩斯工學院

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