Los bolómetros, dispositivos que monitorean la radiación electromagnética a través del calentamiento de un material absorbente, son utilizados por astrónomos y propietarios de viviendas por igual. Pero la mayoría de estos dispositivos tienen un ancho de banda limitado y deben funcionar a temperaturas ultrabajas. Ahora, los investigadores dicen que han encontrado un ultrarrápido todavíaalternativa altamente sensible que puede funcionar a temperatura ambiente y puede ser mucho menos costosa.
Los hallazgos, publicados hoy en la revista Nanotecnología de la naturaleza , podría ayudar a allanar el camino hacia nuevos tipos de observatorios astronómicos para las emisiones de longitud de onda larga, nuevos sensores de calor para edificios e incluso nuevos tipos de dispositivos de procesamiento de información y detección cuántica, dice el equipo de investigación multidisciplinario. El grupo incluye reciente MIT postdocDmitri Efetov, profesor Dirk Englund del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del MIT, Kin Chung Fong de Raytheon BBN Technologies y colegas del MIT y la Universidad de Columbia.
"Creemos que nuestro trabajo abre la puerta a nuevos tipos de bolómetros eficientes basados en materiales de baja dimensión", dice Englund, autor principal del artículo. Él dice que el nuevo sistema, basado en el calentamiento de electrones en una pequeña pieza deuna forma bidimensional de carbono llamada grafeno, por primera vez combina alta sensibilidad y alto ancho de banda, órdenes de magnitud mayor que la de los bolómetros convencionales, en un solo dispositivo.
"El nuevo dispositivo es muy sensible y, al mismo tiempo, ultrarrápido", con el potencial de tomar lecturas en solo picosegundos billonésimas de segundo, dice Efetov, ahora profesor en ICFO, el Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, España, quien es el autor principal del artículo. "Esta combinación de propiedades es única", dice.
El nuevo sistema también puede funcionar a cualquier temperatura, dice, a diferencia de los dispositivos actuales que deben enfriarse a temperaturas extremadamente bajas. Aunque la mayoría de las aplicaciones reales del dispositivo aún se realizarían en estas condiciones ultrafrías, para algunas aplicaciones, comosensores térmicos para la eficiencia del edificio, la capacidad de operar sin sistemas de enfriamiento especializados podría ser una verdadera ventaja. "Este es el primer dispositivo de este tipo que no tiene límite de temperatura", dice Efetov.
El nuevo bolómetro que construyeron y demostraron en condiciones de laboratorio puede medir la energía total transportada por los fotones de la radiación electromagnética entrante, ya sea que la radiación esté en forma de luz visible, ondas de radio, microondas u otras partes del espectroEsa radiación puede provenir de galaxias distantes, o de las ondas infrarrojas de calor que escapan de una casa mal aislada.
El dispositivo es completamente diferente de los bolómetros tradicionales, que generalmente usan un metal para absorber la radiación y medir el aumento de temperatura resultante. En cambio, este equipo desarrolló un nuevo tipo de bolómetro que se basa en calentar electrones que se mueven en una pequeña pieza de grafeno,en lugar de calentar un metal sólido. El grafeno está acoplado a un dispositivo llamado nanocavidad fotónica, que sirve para amplificar la absorción de la radiación, explica Englund.
"La mayoría de los bolómetros se basan en las vibraciones de los átomos en una pieza de material, lo que tiende a hacer que su respuesta sea lenta", dice. En este caso, sin embargo, "a diferencia de un bolómetro tradicional, el cuerpo calentado aquí es simplemente el gas de electrones, que tiene una capacidad de calor muy baja, lo que significa que incluso un pequeño aporte de energía debido a la absorción de fotones provoca un gran cambio de temperatura ", lo que facilita la medición precisa de esa energía. Aunque los bolómetros de grafeno se habían demostrado anteriormente, este trabajo resuelve algunosde los importantes desafíos pendientes, incluida la absorción eficiente en el grafeno mediante una nanocavidad y la lectura de temperatura de impedancia coincidente.
La nueva tecnología, dice Englund, "abre una nueva ventana para bolómetros con funcionalidades completamente nuevas que podrían mejorar radicalmente la imagen térmica, la astronomía observacional, la información cuántica y la detección cuántica, entre otras aplicaciones".
Para las observaciones astronómicas, el nuevo sistema podría ayudar al completar algunas de las bandas de longitud de onda restantes que aún no han tenido detectores prácticos para hacer observaciones, como el "intervalo de terahercios" de frecuencias que son muy difíciles de detectar con los sistemas existentes"Allí, nuestro detector podría ser un sistema de vanguardia" para observar estos rayos evasivos, dice Efetov. Podría ser útil para observar la radiación de fondo cósmico de onda muy larga, dice.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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