摘要：把tera赫兹波应用在电子设备上，未来的数据通信可以得到很大的提升。到目前为止，太赫兹(THz)频率还没有被最佳地应用到数据传输中，但是通过使用石墨烯，研究人员已经离电子工业可能的模式转变更近了一步。

上图为组装混频器电路的显微照片。在图像中间，可以看到40m宽的沙漏形石墨烯场效应晶体管，它可能是未来高速无线通信链路的一个关键组成部分。图片来源：查尔莫斯科技大学Michael A. Andersson, Yaxin Zhang and Jan Stake

这是欧盟有史以来最大的研究项目，由Chalmers负责了石墨烯项目，他于2017年6月25日至30日组织进行了了这次培训。今年，该公司在瑞典举办了一场关于二维材料的电子应用的研究，这种材料具有非凡的电子、光学、机械和热性能，使其成为电子应用中比硅更有效的选择。Andrei Vorobiev是微技术和纳米科学研究部门的研究员，也是众多顶尖的专家之一，他还解释了为什么石墨烯适合应用于在太赫兹波段工作的显影装置。

查尔莫斯科技大学的高级研究员Andrei Vorobiev说：“石墨烯的一种特殊特性是，电子的移动速度比现在使用的大多数半导体要快得多。得益于此，我们可以获得高频率(100-1000倍于千兆赫)的频率，从而构成了tera赫兹波。然后，数据通信就有可能比现在快10倍，而且可以传输比目前更多的数据。”

Chalmers的研究人员最先发现了石墨烯的晶体管设备可以接收和转换tera赫兹波，得到的波长位于微波和红外线之间，研究成果发表在了IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques上。这些设备的一个例子是一种200-ghz的次谐波电阻混合机，它基于一种集成在硅上的CVD石墨烯晶体管，可以在高速无线通信链路上使用。

另一个例子，利用石墨烯的灵活性和高载体速度的独特组合，是一种基于石墨烯晶体管集成在柔性聚合物衬底上的功率检测器。这种功率检测器的应用包括：用于医疗保健的可穿戴THz传感器、用于生物医学和安全成像的高分辨率干涉成像的柔性太赫兹探测器阵列，以及可远程控制材料检查和分析和包装检查。

Vorobiev说：“分析表明，柔性成像探测器阵列是石墨烯的太赫兹应用领域中具有较高发展潜力的一个方向。在机场的安检，就是使用这种方法的一个例子。因为基于石墨的tera赫兹扫描仪是可以弯曲的，你会得到一个更高的分辨率，而且相对于扫描仪的表面是平的而言，你可以获得更多的信息。”

但是，尽管取得了进展，但在最终的电子产品进入市场之前，还有很多工作要做。Andrei Vorobiev和他的同事们正在努力取代石墨烯的硅基，这限制了石墨烯的性能，而其他的二维材料则相反，可以进一步提高这种效果。Vorobiev希望他能够激励学生们参与石墨烯研究，以达到新的科学突破。

查尔默斯技术大学的高级研究员Andrei Vorobiev说：“在过去的五十年里，所有的电子发展都遵循摩尔定律，即每年都有越来越多的功能应用于越来越小的表面。到目前看来，我们已经达到了电子电路可以变得最小的物理极限，我们需要找到另一个可发展的准则。新材料将是一种解决方案，而且石墨烯的研究也进一步印证了这一点。与石墨烯相关的研究工作是为了突破新的领域，这将遇到许多困难的挑战，但是它依然令人如此兴奋的原因是：最终，我们的工作将彻底改变通信的未来。

文章来源：查尔莫斯科技大学

参考文献:Michael A. Andersson, Yaxin Zhang, Jan Stake. A 185–215-GHz Subharmonic Resistive Graphene FET Integrated Mixer on Silicon. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2017; 65 (1): 165 DOI: 10.1109/TMTT.2016.2615928

原文来自：ScienceDaily，由材料科技在线团队翻译整理。