东北大学教授 Taiichi Otsuji 带领一组国际研究人员成功展示了石墨烯中太赫兹 (THz) 辐射的室温相干放大，由干电池驱动。大约 40 年前，等离子波电子产品的出现开辟了大量新机遇。科学家们对等离子波比电子传播得更快的可能性感到着迷，这表明所谓的“等离子”设备可以在太赫兹频率下工作。然而，实现这种放大器或发射器的实验尝试仍然难以捉摸。

“我们的研究使用基于石墨烯的系统探索了太赫兹光-等离子体耦合、光吸收和放大，因为它具有出色的室温电学和光学特性，”东北超宽带信号处理实验室的 Otsuji 教授说大学的电气通信研究所(RIEC)。

该研究团队由来自、法国、波兰和俄罗斯机构的成员组成，设计了一系列单层-石墨烯沟道晶体管结构。它们具有原始的双聚集门，可作为高效天线来耦合太赫兹辐射和石墨烯等离子体。

使用这些设备，研究人员可以证明可调共振等离子体吸收，随着电流的增加，导致太赫兹辐射放大。在单层石墨烯中观察到高达 9% 的放大增益——远远超过众所周知的里程碑水平 2.3%，这是当光子直接与电子相互作用而不激发石墨烯等离子体时可获得的最大值。

为了解释结果，研究小组使用了耗散等离子体晶体模型，捕捉了放大现象的主要趋势和基本物理学。具体而言，该模型预测了通道直流电流的增加，该电流将系统驱动到放大状态。这表明等离子波可能以相干的方式将直流能量转换为传入的太赫兹电磁波。

“因为所有结果都是在室温下获得的，我们的实验结果为新一代全电子、谐振和压控太赫兹放大器的进一步太赫兹等离子体技术铺平了道路，”Otsuji 教授补充道。