(PhysOrg.com) - Investigadores de la Universidad de Rice están utilizando nanotubos de carbono como el componente crítico de un polarizador robusto de terahercios que podría acelerar el desarrollo de nuevos dispositivos de seguridad y comunicación. sensores y sistemas de imágenes médicas no invasivas, así como estudios fundamentales de sistemas de materia condensada de baja dimensión.

El polarizador desarrollado por el laboratorio Rice de Junichiro Kono, profesor de ingeniería eléctrica e informática y de física y astronomía, es el más efectivo jamás reportado; permite de forma selectiva que pase el 100 por ciento de una onda de terahercios o bloquea el 99,9 por ciento de ella, dependiendo de su polarización. La investigación se publicó en la versión en línea de la revista American Chemical Society, Nano letras .

El polarizador de banda ancha maneja ondas de 0,5 a 2,2 terahercios, superando con creces la gama de polarizadores comerciales que consisten en frágiles rejillas envueltas en cables de oro o tungsteno.

Kono dijo que las tecnologías que hacen uso de las regiones ópticas y eléctricas del espectro electromagnético son maduras y comunes. como en láseres y telescopios en un extremo y computadoras y microondas en el otro. Pero hasta los últimos años, la región de terahercios en el medio estaba en gran parte inexplorada. "Durante la última década o dos, la gente ha logrado un progreso impresionante, " él dijo, particularmente en el desarrollo de fuentes de radiación como el láser de cascada cuántica de terahercios.

"Tenemos emisores y detectores de terahercios bastante buenos, pero necesitamos una forma de manipular la luz en este rango, "Dijo Kono." Nuestro trabajo está en esta categoría, manipulando el estado de polarización - la dirección del campo eléctrico - de la radiación de terahercios ".

Las ondas de terahercios existen en la transición entre infrarrojos y microondas y tienen cualidades únicas. No son dañinos y penetran la tela, madera, plástico e incluso nubes, pero no metal ni agua. En combinación con espectroscopia, se pueden usar para leer lo que Kono llamó "huellas digitales espectrales en el rango de terahercios"; él dijo que lo harían, por ejemplo, Ser útil en un entorno de seguridad para identificar las firmas químicas de explosivos específicos.

El trabajo de Kono y el autor principal Lei Ren, quien recientemente obtuvo su doctorado en Rice, hace un gran uso de la investigación básica sobre nanotubos de carbono por la que la universidad es famosa. Coautores Robert Hauge, un distinguido miembro de la facultad de química, y su ex estudiante de posgrado Cary Pint desarrollaron una forma de hacer crecer alfombras de nanotubos y transferir matrices bien alineadas de nanotubos de un catalizador a cualquier sustrato que eligieran, limitado solo por el tamaño de la plataforma de crecimiento.

Mientras Hauge y Pint estaban desarrollando sus matrices de nanotubos, Kono y su equipo estaban pensando en terahercios. Hace cuatro años, se encontraron con un material semiconductor, antimonuro de indio, que detendría o pasaría ondas de terahercios, pero solo en un campo magnético fuerte y a temperaturas muy bajas.

Aproximadamente al mismo tiempo, El laboratorio de Kono comenzó a trabajar con matrices de nanotubos de carbono transferidas a un sustrato de zafiro por Pint y Hauge. Esas matrices alineadas, piense en un campo de trigo atropellado por una apisonadora, resultaron ser muy efectivas para filtrar ondas de terahercios, como informaron Kono y su equipo en un artículo de 2009.

"Cuando la polarización de la onda de terahercios era perpendicular a los nanotubos, no hubo absolutamente ninguna atenuación, ", Recordó Kono." Pero cuando la polarización era paralela a los nanotubos, el grosor no fue suficiente para matar completamente la transmisión, que todavía estaba entre el 30 y el 50 por ciento ".

La respuesta fue clara:hacer el polarizador más grueso. El polarizador actual tiene tres cubiertas de nanotubos alineados en zafiro, suficiente para absorber eficazmente toda la radiación de terahercios incidente. "Nuestro método es único, y es simple " él dijo.

Kono ve el uso del dispositivo más allá de la espectroscopia manipulándolo con un campo eléctrico, pero eso solo será posible cuando todos los nanotubos de una matriz sean de tipo semiconductor. Como están hechos ahora, los lotes de nanotubos son una mezcla aleatoria de semiconductores y metales; obra reciente de Erik Hároz, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Kono, detalló las razones por las que los nanotubos separados mediante ultracentrifugación tienen colores dependientes del tipo. Pero encontrar una manera de cultivar tipos específicos de nanotubos es el foco de una gran cantidad de investigaciones en Rice y en otros lugares.