Una nueva investigación en la Universidad de Maryland podría conducir a una generación de detectores de luz que pueden ver debajo de la superficie de los cuerpos. paredes y otros objetos. Usando las propiedades especiales del grafeno, una forma bidimensional de carbono que tiene solo un átomo de espesor, un detector prototipo es capaz de ver una banda de longitudes de onda extraordinariamente amplia. En este rango se incluye una banda de longitudes de onda de luz que tienen aplicaciones potenciales interesantes pero que son notoriamente difíciles de detectar:​​ondas de terahercios, que son invisibles para el ojo humano.

El domingo se publicó un artículo de investigación sobre el nuevo detector. 07 de septiembre 2014 en Nanotecnología de la naturaleza . Autor principal Xinghan Cai, un estudiante graduado de física de la Universidad de Maryland, dijo que un detector como el prototipo de los investigadores "podría encontrar aplicaciones en campos emergentes de terahercios como las comunicaciones móviles, imagenes medicas, detección química, Vision nocturna, y seguridad."

La luz que vemos iluminando objetos cotidianos es en realidad solo una banda muy estrecha de longitudes de onda y frecuencias. Las longitudes de onda largas y las bajas frecuencias de las ondas de luz de terahercios se encuentran entre las microondas y las ondas infrarrojas. La luz en estas longitudes de onda de terahercios puede atravesar materiales que normalmente consideramos opacos, como la piel, plástica, ropa, y carton. También se puede utilizar para identificar firmas químicas que se emiten solo en el rango de terahercios.

Actualmente se realizan pocas aplicaciones tecnológicas para la detección de terahercios, sin embargo, en parte porque es difícil detectar ondas de luz en este rango. Para mantener la sensibilidad, la mayoría de los detectores deben mantenerse extremadamente fríos, alrededor de 4 Kelvin, o -452 grados Fahrenheit. Los detectores existentes que funcionan a temperatura ambiente son voluminosos, lento, y prohibitivamente caro.

El nuevo detector de temperatura ambiente, desarrollado por el equipo de la Universidad de Maryland y colegas del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. y la Universidad de Monash, Australia, soluciona estos problemas mediante el uso de grafeno, una sola capa de átomos de carbono interconectados. Al utilizar las propiedades especiales del grafeno, el equipo de investigación ha podido aumentar la velocidad y mantener la sensibilidad de la detección de ondas de temperatura ambiente en el rango de terahercios.

Usando un nuevo principio operativo llamado "efecto fototermoeléctrico de electrones calientes, "el equipo de investigación creó un dispositivo que es" tan sensible como cualquier detector de temperatura ambiente existente en el rango de terahercios y más de un millón de veces más rápido, "dice Michael Fuhrer, profesor de física en la Universidad de Maryland y la Universidad de Monash, Australia.

Grafeno una hoja de carbono puro de un solo átomo de espesor, es especialmente adecuado para su uso en un detector de terahercios porque cuando la luz es absorbida por los electrones suspendidos en la red en forma de panal del grafeno, no pierden su calor en la celosía, sino que retienen esa energía.

El concepto detrás del detector es simple, dice el profesor de física de la Universidad de Maryland Dennis Drew. "La luz es absorbida por los electrones del grafeno, que se calientan pero no pierden su energía fácilmente. Así que permanecen calientes mientras que la red atómica de carbono permanece fría ". Estos electrones calientes escapan del grafeno a través de cables eléctricos, muy parecido al vapor que sale de una tetera. El prototipo utiliza dos cables eléctricos hechos de diferentes metales, que conducen electrones a diferentes velocidades. Debido a esta diferencia de conductividad, más electrones escaparán por uno que por el otro, produciendo una señal eléctrica.

Esta señal eléctrica detecta la presencia de ondas de terahercios debajo de la superficie de materiales que parecen opacos para el ojo humano, o incluso rayos X. No puedes ver a través de tu piel por ejemplo, y una radiografía atraviesa la piel hasta el hueso, faltan las capas justo debajo de la superficie de la piel por completo. Las ondas de terahercios ven el intermedio. La velocidad y sensibilidad del detector de temperatura ambiente presentado en esta investigación abre la puerta a futuros descubrimientos en esta zona intermedia.