Un détecteur en graphène pour les ondes térahertz
Avec leurs applications prometteuses, les ondes térahertz suscitent un fort engouement et demandent l’adaptation de nombreux composants électroniques. Des chercheurs de l’Institut d’électronique et des systèmes, du Laboratoire Charles Coulomb et des universités de Manchester et de Shandong ont développé un détecteur d’ondes térahertz en graphène fonctionnant à température ambiante. Ses performances allient exceptionnelle sensibilité et réduction du bruit. Ces travaux sont publiés dans la revue Nano Letters.
Pour détecter des ondes térahertz (THz), les capacités des composants dépendent généralement de la mobilité des électrons à travers le matériau. Grâce à la structure électronique que lui confère l’arrangement hexagonal de ses atomes de carbone, le graphène offre précisément une très haute mobilité. Des chercheurs de l’Institut d’électronique et des systèmes (IES, CNRS/Université de Montpellier) et du Laboratoire Charles Coulomb (L2C, CNRS/Université de Montpellier) se sont associés aux Universités de Manchester et de Shandong pour développer un détecteur d’ondes THz de nouvelle génération.
Le détecteur se présente sous la forme d’une antenne bow-tie de quelques millimètres de long, installée sur un redresseur en graphène d’une trentaine de microns carrés. L’antenne convertit l’onde électromagnétique THz en courant alternatif, que le redresseur transforme en courant continu. Ce composant ressemble à un carrefour asymétrique ; les électrons arrivent de l’antenne
deux chemins différents, source et drain, mais s’alignent et ne sortent que par une seule des deux issues, low, créant ainsi un signal exploitable. Contrairement à des composants fabriqués dans des matériaux conventionnels, ce nouveau détecteur fonctionne à la fois à température ambiante et sans avoir à mélanger plusieurs fréquences. Le détecteur atteint des performances exceptionnelles en termes de sensibilité et de réduction de bruit (R = 764 V/W ; NEP = 34pW Hz1/2), et ce sur une large gamme spectrale.
Ces travaux peuvent servir à développer une nouvelle spectrométrie, potentiellement capable de détecter à distance drogues et explosifs. Ils sont aussi susceptibles d’intéresser les télécommunications sans fil, actuellement utilisées dans des applications telles que le Wifi et la 4G.
Vue d’artiste du détecteur THz à base de graphène sous irradiation THz. Les contacts source et drain sont reliés aux bras d’une antenne bow-tie (zoom). Les électrons sont injectés dans le composant via ces contacts et créent une tension continue et exploitable entre les contacts up et low.
Références :
Terahertz Detection and Imaging Using Graphene Ballistic Rectifiers
G. Auton, D. B. But, J. Zhang, E. Hill, D. Coquillat, C. Consejo, P. Nouvel, W. Knap, L. Varani, F. Teppe, J. Torres, and A. Song
Nano Lett., 17 (11), pp 7015–7020 (2017)
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03625