Fuente Terahercio Ultra-Fina Impulsa Tecnologías de Comunicación de Próxima Generación

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

Las fuentes de terahercio emiten breves pulsos de luz oscilando billones de veces por segundo. A esta escala, son demasiado rápidas para ser manejadas por electrónica estándar, y, hasta recientemente, demasiado lentas para tecnologías ópticas. Esto tiene gran significado para la evolución de dispositivos de comunicación ultra-rápidos por encima del límite de 300 GHz —como el requerido para tecnología móvil 6G— algo que sigue fundamentalmente más allá del límite de la electrónica actual. Investigadores del Laboratorio de Fotónica Emergente (EPic) en Sussex son líderes en tecnología de emisión terahercio de superficie, habiendo logrado las fuentes semiconductoras de superficie más brillantes y finas demostradas hasta ahora. La región de emisión de su nuevo desarrollo, una fuente semiconductora de terahercio, es 10 veces más fina que la lograda previamente, con rendimiento comparable o incluso mejor.

Las capas finas pueden colocarse sobre objetos y dispositivos existentes —una fuente terahercio puede ubicarse en lugares antes inconcebibles, incluyendo objetos cotidianos como una tetera o incluso una obra de arte— abriendo enorme potencial para anti-falsificación e internet de las cosas —así como electrónica previamente incompatible, como móviles de próxima 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 terahercio en lugares inaccesibles tiene gran atractivo científico pero en la práctica es muy desafiante. La radiación terahercio puede tener un papel superlativo en ciencia de materiales, ciencia de la vida y seguridad. Sin embargo, sigue siendo ajena a la mayoría de la tecnología existente, incluyendo dispositivos que hablan con objetos cotidianos como parte del internet de las cosas en rápida expansión. Este resultado es un hito en nuestra ruta para llevar funciones terahercio más cerca de nuestra vida diaria."

Situadas entre microondas e infrarrojo en el espectro electromagnético, las ondas terahercio son una forma de radiación muy buscada en investigación e industria. Tienen capacidad natural para revelar composición material de un objeto penetrando fácilmente materiales comunes como papel, ropa y plástico como los rayos X, pero sin ser dañinas. La imagen terahercio permite "ver" la composición molecular de objetos y distinguir entre materiales. Desarrollos previos mostraron aplicaciones potenciales de cámaras terahercio, transformadoras en seguridad aeroportuaria, y escáneres médicos —como los usados para detectar cáncer de piel.

Uno de los mayores desafíos para científicos en tecnología terahercio es que lo comúnmente aceptado como "fuente terahercio intensa" es tenue y voluminosa comparada con, por ejemplo, una bombilla. En muchos casos, la necesidad de materiales muy exóticos, como cristales no lineales, los hace difíciles de manejar y caros. Este requisito plantea desafíos logísticos para integración con otras tecnologías, como sensores y comunicaciones ultra-rápidas.

El equipo de Sussex superó estas limitaciones desarrollando fuentes terahercio de materiales extremadamente finos (unas 25 capas atómicas). Al iluminar un semiconductor de grado electrónico con dos tipos diferentes de luz láser, cada uno oscilando a distinta frecuencia —o color— pudieron elicitar la emisión de ráfagas cortas de radiación terahercio.

Este avance científico ha sido buscado largo tiempo por científicos en el campo desde la primera demostración de fuentes terahercio basadas en láseres de dos colores a principios de 2000. Fuentes terahercio de dos colores basadas en mezclas especiales de gases, como nitrógeno, argón o kriptón, están entre las fuentes de mejor rendimiento hoy. Los semiconductores, ampliamente usados en tecnologías electrónicas, permanecían mayormente fuera de alcance para este mecanismo de generación terahercio.