Los científicos han visualizado con éxito la radiación de terahercios, conocida popularmente como rayos T, utilizando un cristal llamado mayenita Ca 12 Al 14 O 33 .Su método utiliza hábilmente el movimiento de traqueteo causado por la vibración de iones de oxígeno dentro de las estructuras en forma de jaula del cristal.
En los últimos años, ha habido un creciente interés en el desarrollo de dispositivos prácticos basados en tecnología de terahercios. Con longitudes de onda más largas que la luz infrarroja, los rayos T se consideran más seguros que los sistemas de imágenes convencionales. Ya se usan, por ejemplo, en los puntos de control de seguridad del aeropuerto, y están comenzando a usarse más ampliamente en áreas tales como exámenes médicos, inspección de alimentos y análisis de obras de arte. Sin embargo, la visualización de la luz de terahercios en sí misma hasta ahora ha resultado ser un desafío.
Ahora, el Centro de Investigación de Materiales Hideo Hosono para Element Strategy, Tokyo Tech y sus colaboradores en Japón, Ucrania y los EE. UU. Han ideado un enfoque simple para convertir los rayos T en luz brillante y visible. Sus hallazgos se han publicado en ACS Nano .
Primero, el estudio incluyó la emisión de rayos T sobre el cristal de mayenita usando un girotrón [1]. Esto condujo a la vibración de aniones de oxígeno [2], que chocan con las paredes internas de las jaulas dentro del cristal. Cada jaula tieneun diámetro interno de 0.4 nanómetros y un diámetro externo de 0.7 nanómetros.
"El ruido de los iones de oxígeno dentro de las jaulas promueve la conversión de energía hacia arriba", explica Hosono. "Las colisiones fuertes y frecuentes de los iones de oxígeno inducen la transferencia de electrones a las jaulas vacías vecinas. La excitación de los iones de oxígeno es clave para la emisión de visibleligero."
Las mediciones de espectroscopía confirmaron que la luz visible se originó a partir de las vibraciones causadas por los aniones de oxígeno que se mueven libremente. Los investigadores se encargaron de descartar la posibilidad de otras fuentes como la radiación del cuerpo negro y la polarización de la superficie como razones detrás de la producción de luz visible.
El estudio es un ejemplo de investigación estratégica sobre materiales funcionales bajo la iniciativa Element Strategy apoyada por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología MEXT de Japón y la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón JST.
"El cristal en nuestro estudio está compuesto de calcio, aluminio y oxígeno, todos los cuales se encuentran entre los cinco elementos más abundantes", dice Hosono. "Por lo tanto, es uno de los materiales más económicos, alrededor de 15centavos por kilogramo "
A pesar de su simplicidad, Hosono dice que el cristal tiene muchas propiedades interesantes debido a su nanoestructura. Basándose en 20 años de investigación, su grupo ya ha logrado demostrar que el material tiene excelentes propiedades catalíticas para la síntesis de amoníaco y la superconductividad.
Hosono, conocido por su trabajo pionero en superconductores a base de hierro, dice que el estudio actual marca una nueva dirección de investigación. "Nuestro grupo se ha concentrado en el cultivo de nuevas funcionalidades utilizando elementos abundantes, pero es la primera vez queenfóquese en el movimiento iónico: esto es completamente nuevo ", dice.
Los resultados podrían conducir al desarrollo de un detector de rayos T, ya que aún no se ha diseñado dicho detector convencional.
Hosono agrega: "En este momento, nuestro material es bueno para detectar una fuerte radiación de terahercios. El desafío será cómo ajustar la sensibilidad".
Su grupo también ha informado que los aniones de oxígeno pueden sustituirse con aniones de oro o hidrógeno dentro de las jaulas. Al hacer uso de estos aniones diferentes, es posible desarrollar detectores que emitan luz de diferentes colores en el futuro.
Términos técnicos
[1] Gyrotron: un dispositivo capaz de generar radiación de terahercios de alta potencia. El gyrotron utilizado en este estudio llamado Gyrotron FU CW IV se desarrolló en el Centro de Investigación para el Desarrollo de la Región del Infrarrojo Lejano, Universidad de Fukui, Japón.
[2] Aniones: iones con carga negativa. Junto con sus contrapartes con carga positiva cationes, mantienen unida la estructura de los cristales iónicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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