科学家发现新型太赫兹探测器，可用于更快的无线通信

太赫兹技术可以为安全、医学和材料科学提供先进的扫描仪。它还可以实现比目前更快的无线通信设备。

科学家们在二维导电系统中发现了一种新的效应，有望提高太赫兹探测器的性能。

最近在二维导电系统中的一项物理发现使一种新型太赫兹探测器成为可能。太赫兹频率位于电磁辐射频谱上的微波和红外之间，可以实现更快，更安全，更有效的成像技术，以及更高速的无线电信。缺乏有效的现实世界设备阻碍了这些发展，但这一新的突破使我们更接近这些先进技术。

当二维电子系统暴露于太赫兹波时，卡文迪什实验室的一组科学家与奥格斯堡大学（德国）和兰开斯特大学的同事一起发现了一种新的物理效应。

“到目前为止，这种效应可以存在于高导电的二维电子气体中，但到目前为止还没有被理解，但我们已经能够通过实验证明这一点。

首先，什么是太赫兹波？“我们使用传输微波辐射的手机进行通信，并使用红外摄像头进行夜视。太赫兹是介于微波和红外辐射之间的电磁辐射类型，“剑桥大学卡文迪什实验室半导体物理组负责人David Ritchie教授解释说，”但目前，缺乏这种辐射的来源和探测器，这将是廉价，高效和易于使用的。这阻碍了太赫兹技术的广泛使用。

来自半导体物理小组的研究人员，以及来自意大利比萨和都灵的研究人员，在2002年首次证明了太赫兹频率下的激光器，即量子级联激光器的操作。从那时起，该小组继续研究太赫兹物理和技术，目前正在研究和开发包含超材料以形成调制器的功能太赫兹器件，以及新型探测器。

Wladislaw Michailow展示了洁净室中的装置和制造后的太赫兹探测器。图片来源：Wladislaw Michailow

如果解决了可用器件的缺乏问题，太赫兹辐射可以在安全、材料科学、通信和医学领域有许多有用的应用。例如，太赫兹波允许对肉眼无法看到的癌组织进行成像。它们可以用于新一代安全快速的机场扫描仪，从而可以将药物与非法药物和爆炸物区分开来，并且它们可用于实现超越最先进技术的更快的无线通信。

那么，最近的发现是关于什么的呢？“我们正在开发一种新型的太赫兹探测器，”剑桥大学三一学院初级研究员Wladislaw Michailow博士说，“但在测量其性能时，事实证明它显示出比理论上预期的更强的信号。所以我们想出了一个新的解释。

正如科学家所说，这种解释在于光如何与物质相互作用。在高频下，物质以单个粒子的形式吸收光 - 光子。这种解释首先由爱因斯坦提出，构成了量子力学的基础，并能够解释光电效应。这种量子光激发是我们智能手机中的相机如何检测光的方式;它也是从太阳能电池中的光中产生电能的东西。

众所周知的光电效应包括入射光子从导电材料（金属或半导体）释放电子。在三维情况下，电子可以被紫外线或X射线范围内的光子排出到真空中，或者释放到中红外到可见光范围内的电介质中。新颖之处在于发现了太赫兹范围内的量子光激发过程，类似于光电效应。“到目前为止，这种效应可以存在于高导电的二维电子气体中，但到目前为止还不被理解，”该研究的第一作者Wladislaw解释说，“但我们已经能够通过实验证明这一点。这种效应的定量理论是由德国奥格斯堡大学的一位同事开发的，国际研究小组最近在著名的《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果。

研究人员称这种现象为“面内光电效应”。在相应的论文中，科学家们描述了利用这种效应进行太赫兹检测的几种好处。特别是，由“面内光电效应”入射太赫兹辐射产生的光响应的大小远高于迄今为止已知产生太赫兹光响应的其他机制的预期。因此，科学家们预计这种效应将能够制造出灵敏度高得多的太赫兹探测器。

“这使我们更接近于使太赫兹技术在现实世界中可用，”Ritchie教授总结道。