Desde la transferencia inalámbrica casi instantánea de grandes cantidades de datos y la fácil detección de explosivos, armas o gases nocivos, hasta imágenes médicas tridimensionales seguras y nuevos avances en espectroscopía: tecnologías basadas en radiación de terahercios THz, el electro-La banda magnética con longitudes de onda de 0.1 a 1 mm puede transformar la ciencia ficción en realidad. Sin embargo, los científicos e ingenieros aún no tienen soluciones baratas y eficientes para la producción en masa de dispositivos basados en THz.
Durante años, la porción THz del espectro permaneció sin usar, dando lugar al término "brecha de terahercios". Investigación, publicada recientemente en Cartas ópticas por la Unidad de Espectroscopía de Femtosegundos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, sugiere una posible solución para este problema: un método para aumentar la eficiencia de los dispositivos basados en arseniuro de galio GaAs de emisión de THz.
La radiación THz se encuentra entre la radiación infrarroja y de microondas en el espectro electromagnético. Es absorbida por el agua, lo que limita el uso de dispositivos THz en la atmósfera de la Tierra, cargada de vapor de agua, a distancias cortas, pero puede penetrartelas, papel, cartón, plásticos, madera y cerámica. Muchos materiales tienen una "huella digital" única en la banda THz que permite su fácil identificación con escáneres THz. Además, a diferencia de los rayos X y la luz ultravioleta, la radiación THz es segura para los tejidos vivos.y el ADN, debido a sus propiedades no ionizantes. La tecnología THz podría ser el próximo avance importante en medicina, seguridad, química y tecnología de la información.
La generación de ondas THz es difícil ya que la frecuencia es demasiado alta para los transmisores de radio convencionales, pero demasiado baja para los transmisores ópticos, como la mayoría de los láseres. Por lo tanto, los investigadores tienen que idear nuevos dispositivos innovadores.
Uno de los emisores THz más utilizados es una antena fotoconductora, que comprende dos contactos eléctricos y una película delgada de semiconductores, a menudo GaAs, entre ellos. Cuando la antena se expone a un pulso corto de un láser, los fotones excitan electrones enel semiconductor y se produce una breve ráfaga de radiación THz. Por lo tanto, la energía del rayo láser se transforma en una onda electromagnética THz.
los investigadores de OIST demostraron que la microestructura de la superficie de los semiconductores desempeña un papel importante en este proceso. La ablación con láser de femtosegundo, en la que el material está expuesto a explosiones ultracortas de alta energía, crea surcos y ondulaciones a escala micrométrica en la superficiede GaAs. "La luz queda atrapada en estas ondas", dice Athanasios Margiolakis, un estudiante de investigación especial en OIST. Dado que el material extirpado absorbe más luz, la eficiencia de la emisión de THz, dado un láser suficientemente potente, aumenta en un 65%.
También cambian otras propiedades del material. Por ejemplo, los GaAs ablacionados muestran solo un tercio de la corriente eléctrica de los GaAs no ablacionados. "Observamos fenómenos contraintuitivos", escriben los investigadores, "Uno generalmente espera que el materialmostrar la fotocorriente más alta daría el mejor emisor de THz ". Explican este fenómeno mediante una vida útil más corta del portador. Es decir, los electrones en las muestras ablacionadas vuelven a estados no agitados mucho más rápido que en las muestras de control".
el Dr. Julien Madéo, uno de los miembros del equipo de OIST, dice que "la ablación con láser de femtosegundo nos permite diseñar las propiedades de los materiales y superar sus limitaciones intrínsecas, lo que lleva, por ejemplo, a una absorción de fotones cercana al 100%, así como a una mayor amplitudancho de banda de absorción, control de la concentración de electrones y vida útil ". Esta técnica es una alternativa rápida y de menor costo a los métodos existentes de fabricación de materiales para aplicaciones de THz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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