Новый транзистор на основе графена, разработанный исследователями из университетов Манчестера и Ноттингема, за счет своей радикально новой инновационной структуре, может работать на частотах в терагерцовом диапазоне. Такие возможности графенового транзистора могут стать основой новых медицинских систем, в том числе и систем рентгенографии, а также систем контроля и обеспечения безопасности, устанавливаемых в различных общественных местах.

Разработанный исследователями графеновый транзистор является первой в своем роде системой с бистабильными характеристиками, что означает, что устройство может спонтанно или вследствие внешнего воздействия переключаться между двумя электронными состояниями.

Такие устройства часто используются в качестве генераторов электромагнитных волн терагерцового диапазона, высокочастотного диапазона, лежащего в промежутке между высокочастотным радиоизлучением и инфракрасным светом.

Бистабильность – это достаточно распространенное физическое явление, когда колебательная система, подобная маятнику, может находиться в одном из двух стабильных состояний. Совсем небольшие внешние воздействия могут вызвать переключение системы из одного состояния в другое. В новых графеновых транзисторах этими состояниями являются пути, по которым движутся электроны, несущие электрический заряд, при этом, переключение между двумя состояниями транзистора может происходить весьма и весьма быстро, триллионы раз в секунду.

Рис. 1.

Структура нового транзистора состоит из двух слоев графена, разделенных изолирующим слоем из нитрида бора, толщиной всего в несколько атомов. Электронные облака каждого графенового слоя могут быть изменены с помощью приложенного к электродам маленького электрического потенциала.

Определенная конфигурация приложенных электрических полей может поместить электроны в состояние, в котором они могут перемещаться между слоями на чрезвычайно высокой скорости.

Поскольку толщина изолирующего слоя между двумя слоями графена крайне мала, электроны могут перейти с одного графенового слоя на другой с помощью эффекта, называемого квантовым туннелированием.

Этот процесс приводит к быстрому переносу электрического заряда, котороый можно инициировать и прервать также с большой скоростью. Такие свойства структуры транзистора могут служить для эффективной генерации высокочастотных электромагнитных волн.

В настоящее время исследователи занимаются более подробным изучением электрических характеристик созданного ими графенового транзистора, который в отличие от обычных транзисторов может проводить электрический ток в одном из двух направлений. Разрабатываемые исследователями высокочастотные электронные схемы позволят вскоре использовать данные транзисторы в качестве как традиционных усилителей электрических сигналов, так и в качестве генераторов частоты терагерцового диапазона, что обещает новому транзистору большое будущее.