Высокочувствительный терагерцовый детектор на основе гетероструктуры WTe₂/черный фосфор с гибридной магнитооптической модуляцией при комнатной температуре

Разработка терагерцовых (ТГц) детекторов, сочетающих высокую чувствительность, работу при комнатной температуре и сверхбыстрый отклик, остается одной из ключевых задач для связи 6G. Представлена совместно спроектированная система ТГц-детектирования, объединяющая топологические поверхностные состояния WTe₂ с анизотропной магнитопроводимостью черного фосфора. Достигнута рекордная чувствительность по напряжению (R) 20,34 А/Вт при частоте 0,1 ТГц — в 2,1 раза выше, чем у устройств на основе одного материала. Ключевым элементом разработки стала плазмонная субволновая структура, изготовленная методом прямой записи фемтосекундным лазером. Она усиливает локальные ТГц-поля за счет настроенного поверхностного плазмонного резонанса, что подтверждено моделированием методом конечных разностей во временной области. Синхронизированная система ТГц-спектроскопии во временной области (THz-TDS) позволяет исследовать сверхбыструю динамику носителей заряда с временным разрешением 0,199 пс, что отвечает потребности сетей 6G в обработке сигналов в реальном времени. При двухпольной модуляции (магнитное поле 0,145 мТ и оптическое возбуждение с длиной волны 445 нм) при напряжении смещения 12 В шумовая эквивалентная мощность детектора составляет 2,39 пВт/√Гц; по этому показателю он превосходит обычные детекторы на основе электромагнитной индукции в квантовых ямах на 105%. Предложенный подход открывает возможности для применения в сетях 6G и гиперспектральной визуализации, а также предоставляет универсальный инструмент для исследования кинетики носителей заряда в квантовых материалах. Результаты демонстрируют преобразующий потенциал стратегий совместного проектирования в оптоэлектронике следующего поколения.