Un equipo encabezado por los físicos de TUM Alexander Holleitner y Reinhard Kienberger ha logrado por primera vez generar pulsos eléctricos ultracortos en un chip utilizando antenas metálicas de solo unos pocos nanómetros de tamaño. Los pulsos de una longitud de femtosegundos del láser de la bomba (izquierda) generan pulsos eléctricos en el chip en el rango de frecuencia de terahercios. Con el láser adecuado, se vuelve a leer la información. Crédito:Christoph Hohmann / NIM, Holleitner / TUM
Un equipo encabezado por los físicos de TUM Alexander Holleitner y Reinhard Kienberger ha logrado por primera vez generar pulsos eléctricos ultracortos en un chip utilizando antenas metálicas de solo unos pocos nanómetros de tamaño. luego, ejecutando las señales unos milímetros por encima de la superficie y leyéndolas de nuevo de forma controlada. La tecnología permite el desarrollo de nuevos potentes componentes de terahercios.
La electrónica clásica permite frecuencias de hasta 100 gigahercios. La optoelectrónica utiliza fenómenos electromagnéticos a partir de 10 terahercios. Este rango intermedio se denomina brecha de terahercios, ya que los componentes para la generación de señales, la conversión y la detección han sido extremadamente difíciles de implementar.
Los físicos de TUM Alexander Holleitner y Reinhard Kienberger lograron generar pulsos eléctricos en el rango de frecuencia de hasta 10 terahercios utilizando pequeños, las llamadas antenas plasmónicas y pasarlas por un chip. Los investigadores llaman plasmónicas a las antenas si su forma amplifica la intensidad de la luz en las superficies metálicas.
La forma asimétrica de las antenas es importante. Un lado de las estructuras metálicas de tamaño nanométrico es más puntiagudo que el otro. Cuando un pulso láser enfocado en una lente excita las antenas, emiten más electrones en su lado puntiagudo que en el plano opuesto. Una corriente eléctrica fluye entre los contactos, pero solo mientras las antenas estén excitadas con la luz láser.
"En fotoemisión, el pulso de luz hace que se emitan electrones del metal al vacío, "explica Christoph Karnetzky, autor principal del Naturaleza estudio. "Todos los efectos de iluminación son más fuertes en el lado nítido, incluida la fotoemisión que utilizamos para generar una pequeña cantidad de corriente ".
Imagen electronmicroscópica del chip con antenas plasmónicas asimétricas realizadas en oro sobre zafiro. Crédito:A. Holleitner / TUM
Los pulsos de luz duraron solo unos pocos femtosegundos. Los pulsos eléctricos en las antenas fueron correspondientemente cortos. Técnicamente, la estructura es interesante porque las nano-antenas se pueden integrar en circuitos de terahercios de apenas varios milímetros de diámetro. De este modo, un pulso láser de femtosegundos con una frecuencia de 200 terahercios podría generar una señal de terahercios ultracorta con una frecuencia de hasta 10 terahercios en los circuitos del chip, según Karnetzky.
Los investigadores utilizaron zafiro como material del chip porque no se puede estimular ópticamente y, por lo tanto no causa interferencia. Con miras a futuras aplicaciones, utilizaron láseres de longitud de onda de 1,5 micrones desplegados en cables tradicionales de fibra óptica de Internet.
Holleitner y sus colegas hicieron otro descubrimiento sorprendente:tanto los pulsos eléctricos como los de terahercios no dependían linealmente de la potencia de excitación del láser. Esto indica que la fotoemisión en las antenas es provocada por la absorción de múltiples fotones por pulso de luz.
"Tan rápido, pulsos en chip no lineales no existían hasta ahora, ", dice Alexander Holleitner. Al utilizar este efecto, espera descubrir efectos de emisión de túnel aún más rápidos en las antenas y utilizarlos para aplicaciones de chips.
