Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.7868/S3034641X25020038UVELIChENIE EFFEKTIVNOSTI POGLOShchENIYa ShIROKOPOLOSNOGO SUBTERAGERTsOVOGO IZLUChENIYa V REZONANSNYKh GETEROSTRUKTURAKh GRAFEN–DIELEKTRIKУВЕЛИЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО СУБТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕЗОНАНСНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ ГРАФЕН–ДИЭЛЕКТРИКNikiforovaP. M.НикифороваП. М. nikiforova_p_m_noemail@ras.ruBogatskayaA. V.БогацкаяА. В. bogatskaya_a_v_noemail@ras.ruKlenovN. V.КленовН. В. klenov_n_v_noemail@ras.ruPopovA. M.ПоповА. М. popov_a_m_noemail@ras.ruМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет; Московский технический университет связи и информатикиМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет; Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наукМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет; НИИЯФ им. Д. В. Скобельцына, Московский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет; Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук010220251672185191

Рассматривается возможность увеличения эффективности работы детекторов субтерагерцового диапазона частот. Предлагаемый метод основан на использовании резонансных гетероструктур из монослоев графена вместо привычных слоев металла или сильнолегированного полупроводника в качестве поглотителя электромагнитной энергии и слоя диэлектрика с подобранными параметрами, что, в частности, ведет к миниатюризации детектирующего устройства, а также позволяет сформировать широкие спектральные полосы эффективного (на уровне 90% и выше) поглощения сигнала.

Рассматривается возможность увеличения эффективности работы детекторов субтерагерцового диапазона частот. Предлагаемый метод основан на использовании резонансных гетероструктур из монослоев графена вместо привычных слоев металла или сильнолегированного полупроводника в качестве поглотителя электромагнитной энергии и слоя диэлектрика с подобранными параметрами, что, в частности, ведет к миниатюризации детектирующего устройства, а также позволяет сформировать широкие спектральные полосы эффективного (на уровне 90% и выше) поглощения сигнала.

П. М. Никифорова выражает благодарность за поддержку фонду развития теоретической физики и математики «БАЗИС» (проект 22-2-10-20-1). А. В. Богацкая благодарит за поддержку стипендию Президента РФ (№ СП–3120.2022.3). Концепция перехода к детектированию субтерагерцового излучения при помощи резонансных гетероструктур исследована при поддержке гранта РНФ (№ 24-19-00187, https://rscf.ru/project/24-19-00187/).П. М. Никифорова выражает благодарность за поддержку фонду развития теоретической физики и математики «БАЗИС» (проект 22-2-10-20-1). А. В. Богацкая благодарит за поддержку стипендию Президента РФ (№ СП–3120.2022.3). Концепция перехода к детектированию субтерагерцового излучения при помощи резонансных гетероструктур исследована при поддержке гранта РНФ (№ 24-19-00187, https://rscf.ru/project/24-19-00187/).F. Simoens, in Physics and Applications of Terahertz Radiation, ed. by M. Perenzoni and D. J. Paul, Springer (2014), p. M. van Exter, C. Fattinger, and D. Grischkowsky, Opt. Lett. 14, 1128 (1989).D. Turton, H. Senn, T. Harwood, A. J. Lapthorn, E. M. Ellis, and K. Wynne Nat. Commun. 5, 3999 (2014).T. Zhang, Z. Zhang, and M. A. Arnold, Appl. Spectrosc. 73, 253 (2019).M. C. Nuss and J. Orenstein, in Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids, ed. by G. Gru¨ner, Springer (2007), p. Z. Zhu, C. Cheng, C. Chang, G. Ren, J. Zhang, Y. Peng, J. Han, and H. Zhao, Analyst. 144, 2504 (2019).R. Appleby and R. N. Anderton, Proc. IEEE 95, 1683 (2007).H.-B. Liu, H. Zhong, N. Karpowicz, Y. Chen, and X.-C. Zhang, Proc. IEEE 95, 1514 (2007).S. K. Mathanker, P. R. Weckler, and N. Wang, Trans. ASABE 56, 1213 (2013).K. Ahi and M. Anwar, SPIE Proc. 9856, 31 (2016).J. B. Jackson, J. Bowen, G. Walker, J. Labaune, G. Mourou, M. Menu, and K. Fukunaga, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 1, 220 (2011).T. Hofmann, C. M. Herzinger, A. Boosalis, T. E. Tiwald, J. A. Woollam, and M. Schubert, Rev. Sci. Instrum. 81, 023101 (2010).Q. Wang, E. Plum, Q. Yang, X. Zhang, Q. Xu, Y. Xu, J. Han, and W. Zhang, Light Sci. Appl. 7, 25 (2018).C. E. Groppi and J. H. Kawamura, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 1, 85 (2011).L. S. Revin, D. A. Pimanov, A. V. Blagodatkin, A. V. Gordeeva, A. L. Pankratov, A. V. Chiginev, I. V. Rakut’, V. O. Zbrozhek, L. S. Kuzmin, S. Masi, and P. de Bernardis, Appl. Sci. 11, 10746 (2021).https: // www.statista.com/statistics/871513/worldwide-data-created/T. S. Rappaport, Y. Xing, O. Kanhere et al., IEEE Access 7, 78729 (2019).K. B. Letaief, W. Chen, Y. Shi, J. Zhang, and Y.-J. A. Zhang, IEEE Commun. Mag. 57, 84 (2019).А. Я. Шик, ФТП 29, 8 (1995).A. V. Chaplik and M. V. Entin. Adv. Semicond. Nanostruct. 3, 28 (2017).A. M. Zarezin, V. M. Muravev, P. A. Gusikhin, A. A. Zabolotnykh, V. A. Volkov, and I. V. Kukushkin, Phys. Rev. B 105, L041403 (2022).F. Koppens, T. Mueller, P. Avouris, A. C. Ferrari, M. S. Vitiello, and M. Polini, Nat. Nanotechnol. 9, 780 (2014).M. Dyakonov and M. Shur, IEEE Trans. Electron Devices 43, 380 (1996).D. A. Bandurin, D. Svintsov, I. Gayduchenko et al., Nat. Commun. 9, 5392 (2018).A. Shabanov, M. Moskotin, V. Belosevich, Y. Matyushkin, M. Rybin, G. Fedorov, and D. Svintsov, Appl. Phys. Lett. 119, 163505 (2021).E. Titova, D. Mylnikov, M. Kashchenko, I. Safonov, S. Zhukov, K. Dzhikirba, K. S. Novoselov, D. A. Bandurin, G. Alymov, and D. Svintsov, ACS Nano 17, 8223 (2023).F. Joint, K. Zhang, J. Poojali, D. Lewis, M. Pedowitz, B. Jordan, G. Prakash, A. Ali, K. Daniels, R. L. Myers-Ward, T. E. Murphy, and H. D. Drew, ACS Appl. Electron. Mater. 6, 4819 (2024).А. Е. Щеголев, А. М. Попов, А. В. Богацкая, П. М. Никифорова, М. В. Терешонок, Н. В. Кленов, Письма в ЖЭТФ 111, 443 (2020) [A. E. Shchegolev, A. M. Popov, A. V. Bogatskaya, P. M. Nikiforova, M. V. Tereshonok, and N. V. Klenov, JETP Lett. 111, 371 (2020)].A. V. Bogatskaya, N. V. Klenov, A. M. Popov, A. E. Schegolev, P. A. Titovets, and M. V. Tereshonok, Sensors 23, 1549 (2023).A. V. Bogatskaya, N. V. Klenov, A. M. Popov, A. E. Schegolev, P. A. Titovets, M. V. Tereshonok, and D. S. Yakovlev, Nanomaterials 14, 00141 (2024).C. S. R. Kaipa, A. B. Yakovlev, G. W. Hanson, Y. R. Padooru, F. Medina, and F. Mesa, Phys. Rev. B 85, 245407 (2012).О. А. Голованов, Г. С. Макеева, В. В. Вареница, Изв. вузов. Поволжский регион. Физ.-мат. науки 4, 108 (2014).G. W. Hanson, J. Appl. Phys. 103, 064302 (2008).V. P. Gusynin, S. G. Sharapov, and J. P. Carbotte, J. Phys.: Condens. Matter 19, 026222 (2007).X.-H. Deng, J.-T. Liu, J. Yuan, T-B. Wang, and N.H. Liu, Opt. Express 22, 30177 (2014).W. Wang, S. P. Apell, and J. M. Kinaret, Phys. Rev. B 86, 125450 (2012).T. Zhan, X. Shi, Y. Dai, X. Liu, and J. Zi, J. Phys.: Condens. Matter 25, 215301 (2013).А. В. Богацкая, Н. В. Кленов, П. М. Никифорова, А. М. Попов, А. Е. Щеголев, Письма в ЖТФ 47 (17), 50 (2021) [A. V. Bogatskaya, N. V. Klenov, P. M. Nikiforova, A. M. Popov, and A. E. Schegolev, Tech. Phys. Lett. 47 893 (2021)].A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, and A. K. Geim, Rev. Mod. Phys. 81, 109 (2009).K. Rasilainen, T. D. Phan, M. Berg, A. P¨arssinen, and P. J. Soh, IEEE J. Sel. Areas Commun. 41, 2530 (2023).S. R. Moon, E. S. Kim, M. Sung, H. Y. Rha, E. S. Lee, I. M. Lee, K. H. Park, J. K. Lee, and S. H. Cho, J. Lightwave Technol. 40, 499 (2022).