تلفیق طیفی از امواج الکترومغناطیس با استفاده از گرافن

امواج الکترومغناطیس دارای طیف وسیعی است. یکی از این طیف‌ها، امواج تراهرتز است.
اخیرا محققان موفق به ارائه سیستمی مبتنی بر گرافن شده‌اند که با استفاده از آن می‌توان
این امواج را تلفیق کرد. نتایج این پروژه می‌تواند در صنعت الکترونیک و مخابرات
مورد استفاده قرار گیرد.

پژوهشگران دانشگاه نتردام در آمریکا با استفاده از بهره‌گیری از خواص گرافن موفق به
کنترل بهتر بخشی از طیف الکترومغناطیس به نام باند تراهرتز شدند. امواج تراهرتز از
زمره امواج الکترومغناطیس است که می‌تواند کاربردهای وسیعی در مخابرات، تصویربرداری
پزشکی و شناسایی مواد شیمیایی داشته باشد. از میان امواج الکترومغناطیس، از امواج
رادیویی با انرژی بالا گرفته تا امواج مادون قرمز با انرژی پایین، تولید، شناسایی و
تلفیق امواج تراهرتز بسیار دشوار است. در این میان تلفیق یا تغییر ارتفاع امواج
تراهرتز اهمیت بسزایی دارد زیرا سیگنال‌های تلفیق شده قادرند اطلاعات را حمل و نقل
کنند بنابراین از آنها می‌توان در حسگری زیستی و شیمیایی استفاده کرد.

برخی فناوری‌های تراهرتزی مبتنی بر نیمه‌هادی‌های کوچک با ساختاری ترانزیستور مانند
هستند. این ساختارها قادرند سیگنال‌های تراهرتزی را در دمای اتاق تلفیق کنند. مزیت
این نیمه‌هادی‌ها در این است که برای تلفیق سیگنال‌ها نیاز به‌کار در دمای بسیار
پایین نیست. این ادوات ترانزیستور مانند، برای تنظیم سیگنال‌های تراهرتزی، به لایه‌های
نازک فلزی وابسته هستند که این لایه‌ها را گیت فلزی می‌نامند. این گیت‌ها قدرت
سیگنال را به شدت می‌کاهد. تنها ۳۰ درصد از سیگنال‌ها را می‌توان با این روش تلفیق
کرد. در مقاله‌ای که اخیرا در نشریه journal Applied Physics Letters به چاپ رسیده
است، به‌جای این گیت‌های فلزی از تک لایه‌های گرافنی استفاده شده است. محققان پیش‌بینی
می‌کنند که با استفاده از این روش می‌توان مقدار تلفیق سیگنال‌ها را به بیش از ۹۰
درصد رساند.

برای تلفیق، ولتاژی بین گرافن و نیمه‌هادی اعمال می‌شود. نتایج نشادن داد که برخلاف
تلفیق کننده‌های گیت فلزی، طراحی حاوی گرافن به‌ندرت انرژی تراهرتز خروجی را کم
می‌کند. گرافن که یک ماده کربنی به ضخامت یک اتم است دارای خواص قابل توجهی بوده که
در این پروژه از آن برای تلفیق امواج تراهرتز استفاده شده است.