Los investigadores han descubierto en los sistemas conductores bidimensionales un nuevo efecto que promete un mejor rendimiento de los detectores de terahercios.

Un equipo de científicos del Laboratorio Cavendish, junto con colegas de las Universidades de Augsburgo (Alemania) y Lancaster, ha descubierto un nuevo efecto físico cuando los sistemas de electrones bidimensionales se exponen a ondas de terahercios.

En primer lugar, ¿qué son las ondas de terahercios? "Nos comunicamos mediante teléfonos móviles que transmiten radiación de microondas y usamos cámaras infrarrojas para la visión nocturna. Los terahercios son el tipo de radiación electromagnética que se encuentra entre las microondas y la radiación infrarroja", explica el Prof. David Ritchie, Jefe del Grupo de Física de Semiconductores del Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge, "pero por el momento faltan fuentes y detectores de este tipo de radiación que sean baratos, eficientes y fáciles de usar. Esto dificulta el uso generalizado de la tecnología de terahercios". /P>

Investigadores del grupo de Física de Semiconductores, junto con investigadores de Pisa y Torino en Italia, fueron los primeros en demostrar, en 2002, el funcionamiento de un láser a frecuencias de terahercios, un láser de cascada cuántica. Desde entonces, el grupo ha continuado investigando la física y la tecnología de terahercios y actualmente investiga y desarrolla dispositivos funcionales de terahercios que incorporan metamateriales para formar moduladores, así como nuevos tipos de detectores.

Si se resolviera la falta de dispositivos utilizables, la radiación de terahercios podría tener muchas aplicaciones útiles en seguridad, ciencia de los materiales, comunicaciones y medicina. Por ejemplo, las ondas de terahercios permiten obtener imágenes de tejido canceroso que no se pueden ver a simple vista. Pueden emplearse en nuevas generaciones de escáneres de aeropuerto seguros y rápidos que permiten distinguir medicamentos de drogas ilegales y explosivos, y podrían usarse para permitir comunicaciones inalámbricas aún más rápidas que las de última generación.

Entonces, ¿de qué se trata el reciente descubrimiento? "Estábamos desarrollando un nuevo tipo de detector de terahercios", dice el Dr. Wladislaw Michailow, investigador junior en Trinity College Cambridge, "pero al medir su rendimiento, resultó que mostraba una señal mucho más fuerte de lo que debería esperarse teóricamente. Así que se nos ocurrió una nueva explicación".

Esta explicación, como dicen los científicos, radica en la forma en que la luz interactúa con la materia. A altas frecuencias, la materia absorbe la luz en forma de partículas individuales:fotones. Esta interpretación, propuesta por primera vez por Einstein, formó la base de la mecánica cuántica y explicó el efecto fotoeléctrico. Esta fotoexcitación cuántica es la forma en que las cámaras de nuestros teléfonos inteligentes detectan la luz; también es lo que genera electricidad a partir de la luz en las células solares.

El conocido efecto fotoeléctrico consiste en la liberación de electrones de un material conductor, un metal o un semiconductor, por fotones incidentes. En el caso tridimensional, los electrones pueden ser expulsados ​​al vacío por fotones en el rango ultravioleta o de rayos X, o liberados en un dieléctrico en el rango del infrarrojo medio al visible. La novedad está en el descubrimiento de un proceso de fotoexcitación cuántica en el rango de los terahercios, similar al efecto fotoeléctrico. "El hecho de que tales efectos puedan existir dentro de gases de electrones bidimensionales altamente conductores a frecuencias mucho más bajas no se ha entendido hasta ahora", explica Wladislaw, primer autor del estudio, "pero hemos podido probarlo experimentalmente". La teoría cuantitativa del efecto fue desarrollada por un colega de la Universidad de Augsburgo, Alemania, y el equipo internacional de investigadores publicó sus hallazgos en la revista Science Advances .

Los investigadores llamaron al fenómeno en consecuencia, un "efecto fotoeléctrico en el plano". En el artículo correspondiente, los científicos describen varios beneficios de explotar este efecto para la detección de terahercios. En particular, la magnitud de la fotorrespuesta que se genera por la radiación incidente de terahercios por el "efecto fotoeléctrico en el plano" es mucho mayor que la esperada de otros mecanismos que hasta ahora se sabía que daban lugar a una fotorrespuesta de terahercios. Por lo tanto, los científicos esperan que este efecto permita la fabricación de detectores de terahercios con una sensibilidad sustancialmente mayor.

"Esto nos acerca un paso más a hacer que la tecnología de terahercios sea utilizable en el mundo real", concluye el profesor Ritchie. + Explora más

Osciladores de diodo túnel resonante para la detección de ondas de terahercios