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    Los ingenieros doblan la luz para mejorar la conversión de longitud de onda

    Esquema de la celosía de InAs en contacto con una matriz de nanoantenas que dobla la luz entrante para que quede estrechamente confinada alrededor de la superficie poco profunda del semiconductor. El campo eléctrico gigante creado en la superficie del semiconductor acelera los electrones fotoexcitados, que luego descargan la energía extra que obtuvieron al irradiarla en diferentes longitudes de onda ópticas. Crédito:Deniz Turan / UCLA

    Los ingenieros eléctricos de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA han desarrollado una forma más eficiente de convertir la luz de una longitud de onda a otra, abriendo la puerta a mejoras en el rendimiento de las imágenes, sistemas de detección y comunicación.

    Mona Jarrahi, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UCLA Samueli, llevado a la Comunicaciones de la naturaleza -investigaciones publicadas.

    Encontrar una forma eficiente de convertir las longitudes de onda de la luz es crucial para la mejora de muchas tecnologías de detección y generación de imágenes. Por ejemplo, La conversión de la luz entrante en longitudes de onda de terahercios permite la obtención de imágenes y la detección en entornos ópticamente opacos. Sin embargo, Los marcos de conversión anteriores eran ineficientes y requerían configuraciones ópticas voluminosas y complejas.

    El equipo dirigido por UCLA ha ideado una solución para mejorar la eficiencia de conversión de longitud de onda mediante la exploración de un fenómeno natural generalmente indeseable llamado estados de superficie de semiconductores.

    Los estados de superficie ocurren cuando los átomos de la superficie tienen un número insuficiente de otros átomos a los que unirse, causando un colapso en la estructura atómica. Estos enlaces químicos incompletos, también conocidos como "bonos colgantes, "causan obstáculos para las cargas eléctricas que fluyen a través de los dispositivos semiconductores y afectan su rendimiento".

    "Se han realizado muchos esfuerzos para suprimir el efecto de los estados de la superficie en los dispositivos semiconductores sin darse cuenta de que tienen propiedades electroquímicas únicas que podrían permitir funcionalidades de dispositivos sin precedentes". "dijo Jarrahi, quien dirige el Laboratorio de Electrónica de UCLA Terahertz.

    Fotografía, microscopía, e imágenes de microscopía electrónica de barrido de una matriz de nanoantenas fabricada colocada en la punta de una fibra para la conversión de longitud de onda óptica a terahercios. Crédito:Deniz Turan / UCLA

    De hecho, Dado que estos enlaces incompletos crean un campo eléctrico incorporado poco profundo pero gigante a través de la superficie del semiconductor, los investigadores decidieron aprovechar los estados de la superficie para mejorar la conversión de longitud de onda.

    La luz entrante puede golpear los electrones en la red de semiconductores y moverlos a un estado de mayor energía, momento en el que son libres de saltar dentro de la celosía. El campo eléctrico creado a través de la superficie del semiconductor acelera aún más estos fotoexcitados, electrones de alta energía, que luego descargan la energía extra que obtuvieron al irradiarla en diferentes longitudes de onda ópticas, convirtiendo así las longitudes de onda.

    Sin embargo, este intercambio de energía solo puede ocurrir en la superficie de un semiconductor y debe ser más eficiente. Para solucionar este problema, el equipo incorporó una matriz de nanoantenas que dobla la luz entrante para que quede bien confinada alrededor de la superficie poco profunda del semiconductor.

    "A través de este nuevo marco, La conversión de longitud de onda ocurre fácilmente y sin ninguna fuente adicional de energía adicional cuando la luz entrante cruza el campo. "dijo Deniz Turan, autor principal del estudio y miembro del laboratorio de investigación de Jarrahi, quien recientemente se graduó con su doctorado en ingeniería eléctrica de UCLA Samueli.

    Los investigadores convirtieron de manera exitosa y eficiente un 1, Haz de luz de 550 nanómetros de longitud de onda en la parte de terahercios del espectro, que van desde longitudes de onda de 100 micrómetros hasta 1 milímetro. El equipo demostró la eficiencia de conversión de longitud de onda mediante la incorporación de la nueva tecnología en una sonda de endoscopia que podría utilizarse para obtener imágenes y espectroscopia in vivo detalladas utilizando ondas de terahercios.

    Sin este avance en la conversión de longitud de onda, habría requerido 100 veces el nivel de potencia óptica para lograr las mismas ondas de terahercios, que las delgadas fibras ópticas utilizadas en la sonda de endoscopia no pueden soportar. El avance puede aplicarse a la conversión de longitud de onda óptica en otras partes del espectro electromagnético, que van desde microondas hasta longitudes de onda del infrarrojo lejano.


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