Detección homo/heterodina rápida y sensible en chip para comunicaciones e imágenes de terahercios

Área de la Ciencia:

• Física de la materia condensada
• Optoelectrónica
• Ciencia de materiales

Sus antecedentes:

• Los dispositivos de terahercios (THz) de alto rendimiento requieren un acoplamiento electromagnético mejorado para una interacción luz-materia eficiente.
• Los semimetales topológicos ofrecen propiedades electrónicas únicas para aplicaciones de dispositivos avanzados.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un detector THz ultrasensible con operación a temperatura ambiente.
• Aprovechar el efecto fototérmico (PTE) en semimetales topológicos para la detección THz.
• Mejorar la localización del campo y el acoplamiento de luz direccional para un mejor rendimiento del detector.

Principales métodos:

• Integración del semimetal topológico TaNiTe5 con una antena asimétrica de corbatín.
• Utilización del efecto fototérmico (PTE) para la detección THz.
• Caracterización del rendimiento del detector, incluida la responsividad, la potencia de ruido equivalente (NEP), la detectividad específica (D*) y el tiempo de respuesta.

Principales resultados:

• Se logró operación a temperatura ambiente a 0.435 THz con una responsividad de 0.77 A/W.
• Se demostró una potencia de ruido equivalente (NEP) inferior a 9.71 pW·Hz^1/2 y una detectividad específica (D*) de 1.03 × 10^11 Jones.
• Se exhibió un tiempo de respuesta inferior a 20 ns y se permitió la mezcla heterodina con un ancho de banda de radiofrecuencia (RF) superior a 108 GHz y un ancho de banda de frecuencia intermedia (IF) >26.5 GHz.

Conclusiones:

• El detector THz desarrollado basado en TaNiTe5 exhibe un excelente rendimiento para la detección dual autoalimentada.
• El dispositivo muestra potencial para comunicaciones sub-terahertz y aplicaciones de imágenes de alta calidad.
• Este trabajo proporciona una estrategia para la integración a nivel de chip de dispositivos versátiles de terahercios.