Figura 1:Representación gráfica del sistema de amplificación de terahercios (THz) propuesto con una hoja de grafeno y un superconductor bidimensional. La amplificación se debe al comportamiento oscilatorio coordinado de los electrones en la interfaz entre las dos capas, alimentado por una fuente de luz o una batería, lo que da como resultado una radiación de THz más fuerte, como se muestra con la flecha amarilla reflejada. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Investigadores del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos (PCS), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) han propuesto un transistor hecho de grafeno y un superconductor bidimensional que amplifica las señales de terahercios (THz). Esta investigación se realizó en colaboración con colegas del Microsistema de Laboratorio de Micro / Nano Fabricación y del Centro de Investigación Terahertz (China), el Instituto A. V. Rzhanov de Física de Semiconductores (Rusia), y la Universidad de Loughborough (Reino Unido) y se publicó en Cartas de revisión física .
El creciente interés en el rango de frecuencias de THz puede explicarse fácilmente por sus diversas aplicaciones potenciales. Esta región del espectro electromagnético, entre ondas de radio y luz infrarroja, es adecuado para imágenes de muy alta resolución, detección de tumores no invasiva, bioseguridad, telecomunicaciones y procedimientos de cifrado-descifrado, entre otros. Sin embargo, prácticamente, encontrar una fuente poderosa de rayos en este rango de frecuencia es tan desafiante, que los investigadores comúnmente se refieren a este problema como la "brecha de Terahercios".
En este trabajo, los investigadores propusieron una nueva estrategia para amplificar la radiación de THz a partir de señales débiles y no uniformes, que son comunes en, por ejemplo, muestras biológicas. El dispositivo consta de una hoja de grafeno colocada cerca de un superconductor bidimensional y está conectado a una fuente de alimentación. que proporciona suficiente energía para excitar los electrones del superconductor. La amplificación de la señal THz se explica por el comportamiento oscilatorio colectivo de los electrones en ambos materiales más la capacidad cuántica del grafeno.
"Este trabajo demuestra las perspectivas orientadas a la aplicación de sistemas caracterizados puramente por efectos cuánticos. La interacción luz-materia en estos sistemas híbridos no solo representa un interés fundamental, pero puede convertirse en la base de futuros dispositivos, como puertas lógicas de terahercios, que actualmente tienen una gran demanda, "explica Ivan Savenko, el líder del equipo Light-Matter Interaction in Nanotructures (LUMIN) en PCS IBS.
Figura 2:Ilustración del mecanismo de amplificación de ondas THz. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
