具有破缺对称性的金属性碳纳米管量子点作为可调太赫兹探测平台

在所谓太赫兹隙（0.1 - 10 THz）这一技术相关频段内产生与探测辐射颇具挑战性，因为缺乏高效源与探测器。碳纳米管中的量子点已展现出构建通常基于光子辅助隧穿的灵敏太赫兹探测器的巨大潜力。近期报道的一种结合共振量子点跃迁与隧穿势垒不对称的机制，在弱太赫兹辐射下产生具有大信噪比的窄线宽光电流响应。该器件对单一频率敏感，对应于等间距量子化态之间的跃迁。本工作中，我们通过对缺陷诱导的金属性锯齿形单壁碳纳米管量子点进行数值研究与扫描隧穿谱研究展示：在任意手性的金属性纳米管量子点中同时破缺多种对称性，会强烈弛豫电偶极近似中的选择定则，并消除能量简并。对于约 10 nm 的量子点，这导致一组更丰富的允许光学跃迁，频率跨度从 1 THz 至数十 THz。基于这些发现，我们提出了一种基于人工缺陷定义的金属性单壁碳纳米管量子点太赫兹探测器器件。依据其长度与接触透射率，工作区间涵盖高分辨率栅极可调太赫兹传感器至宽带太赫兹探测器。我们的计算表明该器件在高达 100 K 的温度下基本不受影响，使得具有破缺对称性的碳纳米管量子点成为设计可在液氮温度下工作的可调太赫兹探测器的有前景平台。