ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2012, № 6 · ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Система из двух углеродных нанотрубок как антенна и детектор терагерцового излучения

В.Л. Семененко1, В.Г. Лейман1, А.В. Арсенин1, Ю.В. Стебунов1, В.И. Рыжий2

1 Московский физико-технический институт (государственный университет)
2 Университет Тохоку, Сендай, Япония, Япония
Полный текст (PDF) УДК 537.874 EDN PIBLJP

Аннотация

Рассмотрена система из двух одинаковых, параллельно расположенных и консольно закрепленных однослойных углеродных нанотрубок с металлической проводимостью в поле волны терагерцевого излучения. Найдены вынужденные колебания электронной плазмы в нанотрубках для случаев монохроматического и модулированного излучения. Вычислены параметры нанотрубок как механических резонаторов. Показано, что рассматриваемая система нанотрубок может служить достаточно чувствительным резонансным детектором модулированного терагерцевого излучения. Оценена пороговая амплитуда немодулированного терагерцевого излучения, принимаемого детектором, при которой возникает самовозбуждение механических колебаний нанотрубок.

  • терагерцевое излучение
  • детектор
  • углеродная нанотрубка
  • контактное сопротивление
Abstract (in English)

The system of the two same, placed side-by-side and double clamped single-walled carbon nanotubes with metallic conductivity in the electromagnetic field of modulated and non-modulated terahertz radiation is considered. Forced oscillations of the carbon nanotubes electron plasma are calculated. The lumped parameters of the mechanical resonators that the nanotubes represent by themselves are determined. It is shown that the considered system of the nanotubes can serve as a detector of modulated terahertz radiation. The responsivity of the detector is estimated. The threshold value of the electric field amplitude of the incoming monochromatic terahertz radiation, above which the self-excitation of the nanotube mechanical resonators occurs is estimated.

Для цитирования

Семененко В.Л., Лейман В.Г., Арсенин А.В., Стебунов Ю.В., Рыжий В.И. Система из двух углеродных нанотрубок как антенна и детектор терагерцового излучения // Журнал радиоэлектроники. – 2012. – № 6.

Литература

  1. M. Tonouchi, Cutting-edge terahertz technology // Nature Photonics 1 (2), 97 (2008).
  2. H.C. Nathanson, W.E. Newell, R.A. Wickstrom, J.R. Davis, The resonant gate transistor // IEEE trans. on Electron Devices 14, 117 (1967).
  3. V. Ryzhii, M. Ryzhii, Y. Hu, I. Hagiwara, M.S. Shur, Resonant detection of modulated terahertz radiation in micromachined high-electron-mobility transistor // Appl. Phys. Lett. 90, 203503 (2007).
  4. V.G. Leiman, M. Ryzhii, A. Satou, N. Ryabova, V. Ryzhii, T. Otsuji, and M.S. Shur, Analysis of resonant detection of terahertz radiation in high-electron mobility transistor with a nanostring/carbon nanotube as the mechanically floating gate // J. Appl. Phys. 104, 024514 (2008).
  5. Yu. Stebunov, V. Leiman, A. Arsenin, A. Gladun, V. Semenenko, V. Ryzhii, Detection of Modulated Terahertz Radiation Using Combined Plasma and Mechanical Resonances in Double-Carbon-Nanotube Device // Appl. Phys. Express 4, 075101 (2011).
  6. A.V. Arsenin, A.D. Gladun, V.G. Leiman, V.L. Semenenko, V.I. Ryzhii, Parametric instability in a nanoelectromechanical detector of modulated terahertz radiation on the basis of a high electron mobility transistor with a mobile elastic gate // J. Commun. Technol. Electron. 54 (11), 1322 (2009).
  7. A.V. Arsenin, A.D. Gladun, V.G. Leiman, V.L. Semenenko and V.I. Ryzhii, Parametric Instability in the Resonance Detector of Terahertz Radiation Based on FET with Cylindrical Gate Electrode // J. Commun. Technol. Electron. 56 (10), 1242 (2011).
  8. A. Maffucci, G. Miano, and F. Villone, A transmission line model for metallic carbon nanotube interconnects // Int. J. Circ. Theor. Appl. 1 (36), 31 (2008).
  9. L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Theory of Elasticity, Pergamon, New York, 1986.
  10. G.V. Hanson, Fundamental Transmitting Properties of Carbon Nanotube Antennas // IEEE Trans. Antennas and Prop. 53 (11), 3426 (2005).
  11. M.V. Shuba, G.Ya. Slepyan, S.A. Maksimenko, C. Thomsen, A. Lakhtakia, Theory of multiwall carbon nanotubes as waveguides and antennas in the infrared and the visible regimes // Phys. Rev. B 79 (15), 155403 (2009).
  12. V.B. Braginsky, A.B. Manukin, Measurement of Weak Forces in Physics Experiments, U. Chicago Press, Chicago, III., 1977.
  13. R.S. Elliott, Antenna Theory and Design. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1981.