La radiación de terahercios, también conocida como radiación submilimétrica, puede penetrar muchos materiales no metálicos y detectar firmas de moléculas específicas. Debido a sus interesantes propiedades, se pueden utilizar en varias aplicaciones. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos de terahercios que se utilizan actualmente son caros, lentos, voluminosos, requieren sistemas de vacío y funcionan a temperaturas extremadamente bajas, lo que dificulta el desarrollo de dispositivos que detecten y creen imágenes de ondas de terahercios.
Ahora, MIT científicos, en colaboración con el Universidad de Minnesota y Samsung, han desarrollado una cámara de terahercios de bajo coste. Esta nueva cámara puede detectar pulsos de terahercios rápidamente, con alta sensibilidad y a temperatura y presión ambiente. Además, puede capturar simultáneamente información sobre la orientación o “polarización” de las ondas en tiempo real, algo que los dispositivos existentes no pueden.
Con esta información se pueden identificar materiales que contienen moléculas asimétricas o determinar la topografía de su superficie.
Puntos cuánticosRecientemente se ha descubierto que los dispositivos utilizados en la nueva tecnología emiten luz visible cuando se activan mediante vibraciones de terahercios. Luego, la luz visible puede observarse a simple vista y captarse mediante un dispositivo que se asemeja al detector de un dispositivo electrónico normal. cámara.
Los científicos idearon dos dispositivos diferentes: uno utiliza la capacidad del punto cuántico para convertir pulsos de terahercios en luz visible. El otro produce imágenes que muestran el estado de polarización de las ondas de terahercios.
La nueva "cámara" se compone de varias capas y se creó utilizando procesos de fabricación estándar de la industria similares a los de los microchips. El sustrato está cubierto con una capa de material de puntos cuánticos emisores de luz, seguida de una capa de líneas paralelas de oro a nanoescala divididas por pequeñas rendijas. Finalmente, un microprocesador CMOS se utiliza para crear una imagen. Un polarímetro, similar al detector de polarización, puede detectar la polarización de los haces entrantes mediante el uso de rendijas a nanoescala en forma de anillo.
El profesor de química Keith Nelson dijo: “Los fotones de la radiación de terahercios tienen una energía extremadamente baja, lo que los hace difíciles de detectar. Entonces, lo que este dispositivo está haciendo es convertir esa pequeña energía fotónica en algo visible que es fácil de detectar con una cámara normal”.
Durante los experimentos, la cámara detectó pulsos de terahercios a niveles de baja intensidad que sobrepasaban la capacidad de los grandes y costosos sistemas actuales. Además, también muestra las capacidades del detector al tomar fotografías iluminadas en terahercios de algunas de las estructuras utilizadas en sus dispositivos.
Los científicos señalaron, "Han resuelto el problema de la detección de pulsos de terahercios con su nuevo trabajo, la falta de buenas fuentes persiste, y muchos grupos de investigación de todo el mundo están trabajando en ello".
"La fuente de terahercios utilizada en el nuevo estudio es una gran y engorrosa gama de láseres y dispositivos ópticos que no pueden ampliarse fácilmente para aplicaciones prácticas, pero se están desarrollando nuevas fuentes basadas en técnicas microelectrónicas".
“Creo que ese es el paso limitante de la velocidad: ¿se pueden generar señales [de terahercios] de una manera sencilla que no sea costosa? Pero no hay ninguna pregunta por venir”.
Sang-Hyun Oh, coautor del artículo y profesor McKnight de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Minnesota, agrega que Si bien las versiones actuales de las cámaras de terahercios cuestan decenas de miles de dólares, el carácter económico de las cámaras CMOS utilizadas para este sistema lo convierte en "un gran paso adelante hacia la construcción de una cámara práctica de terahercios".
Aunque el sistema de cámara aún está lejos de comercializarse, los científicos están utilizando el nuevo dispositivo de laboratorio cuando necesitan una forma rápida de detectar la radiación de terahercios.
El equipo de investigación incluyó a Daehan Yoo de la Universidad de Minnesota; Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi y Jaime Peraire en el MIT; Chan-Wook Baik y Kyung-Sang Cho del Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung; y Aaron Lindenberg de la Universidad de Stanford. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. a través del Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT, el Programa de Investigación Global de Samsung y el Centro para la Investigación de Ciencias de la Eficiencia Energética.
Referencia de la revista:
- Shi, J., Yoo, D., Vidal-Codina, F. et al. Una cámara CMOS de terahercios sensible a la polarización a temperatura ambiente basada en una conversión ascendente de terahercios a fotones visibles mejorada con puntos cuánticos. Nat. Nanotecnol (2022). DUELE: 10.1038/s41565-022-01243-9
