La fuente ultradelgada de terahercios allana el camino hacia la próxima generación de tecnología de la comunicación

Físicos de la Universidad de Sussex han desarrollado una fuente de terahercios de superficie semiconductora extremadamente delgada y de gran área, compuesta de solo unas pocas capas atómicas y compatible con las plataformas electrónicas existentes.

Las fuentes de terahercios emiten breves pulsos de luz que oscilan a un billón de veces por segundo. A esta escala, son demasiado rápidos para ser manejados por la electrónica estándar y, hasta hace poco, demasiado lentos para ser manejados por tecnologías ópticas. Esto tiene una gran importancia para la evolución de los dispositivos de comunicación ultrarrápidos por encima del límite de 300 GHz, como el que se requiere para la tecnología de telefonía móvil 6G, algo que todavía está fundamentalmente más allá del límite de la electrónica actual. Los investigadores del Laboratorio de Fotónica Emergente (EPic) en Sussex son líderes en tecnología de emisión de terahercios de superficie, y han logrado las fuentes de semiconductores de superficie más brillantes y delgadas demostradas hasta ahora. La región de emisión de su nuevo desarrollo, una fuente de semiconductores de terahercios, es 10 veces más delgada que la lograda anteriormente, con un rendimiento comparable o incluso mejor.

Las capas delgadas se pueden colocar encima de objetos y dispositivos existentes:una fuente de terahercios se puede ubicar en lugares que de otro modo habrían sido inconcebibles, incluidos objetos cotidianos como una tetera o incluso una obra de arte, lo que abre un enorme potencial para anti- la falsificación y el Internet de las cosas, así como los dispositivos electrónicos que antes eran incompatibles, como los teléfonos móviles de última generación.

El Dr. Luke Peters, investigador del proyecto TIMING del Consejo Europeo de Investigación en la Universidad de Sussex, dijo:“La idea de colocar fuentes de terahercios en lugares inaccesibles tiene un gran atractivo científico, pero en la práctica es un gran desafío. La radiación de terahercios puede tener un papel superlativo en la ciencia de los materiales, la ciencia de la vida y la seguridad. Sin embargo, todavía es ajeno a la mayoría de la tecnología existente, incluidos los dispositivos que hablan con objetos cotidianos como parte de la Internet de las cosas en rápida expansión. Este resultado es un hito en nuestra ruta para acercar las funciones de terahercios a nuestra vida cotidiana”.

Situadas entre las microondas y el infrarrojo en el espectro electromagnético, las ondas de terahercios son una forma de radiación muy buscada en la investigación y la industria. Tienen una capacidad natural para revelar la composición material de un objeto al penetrar fácilmente materiales comunes como papel, ropa y plástico de la misma manera que lo hacen los rayos X, pero sin ser dañinos. Las imágenes de terahercios permiten "ver" la composición molecular de los objetos y distinguir entre diferentes materiales. Los desarrollos anteriores han mostrado aplicaciones potenciales de cámaras de terahercios, que podrían ser transformadoras en la seguridad de los aeropuertos, y escáneres médicos, como los que se usan para detectar cánceres de piel.

Uno de los mayores desafíos que enfrentan los científicos que trabajan en la tecnología de terahercios es que lo que comúnmente se acepta como una "fuente de terahercios intensos" es débil y voluminosa en comparación con, por ejemplo, una bombilla. En muchos casos, la necesidad de materiales muy exóticos, como cristales no lineales, los hace difíciles de manejar y costosos. Este requisito plantea desafíos logísticos para la integración con otras tecnologías, como sensores y comunicaciones ultrarrápidas.

El equipo de Sussex ha superado estas limitaciones mediante el desarrollo de fuentes de terahercios a partir de materiales extremadamente delgados (alrededor de 25 capas atómicas). Al iluminar un semiconductor de grado electrónico con dos tipos diferentes de luz láser, cada uno oscilando a una frecuencia (o color) diferente, pudieron provocar la emisión de ráfagas cortas de radiación de terahercios.

Este avance científico ha sido buscado durante mucho tiempo por los científicos que trabajan en el campo desde la primera demostración de fuentes de terahercios basadas en láseres de dos colores a principios de la década de 2000. Las fuentes de terahercios de dos colores basadas en mezclas especiales de gases, como nitrógeno, argón o criptón, se encuentran entre las fuentes de mejor rendimiento disponibles en la actualidad. Los semiconductores, ampliamente utilizados en tecnologías electrónicas, han permanecido mayoritariamente fuera del alcance de este tipo de mecanismo de generación de terahercios.