Un equipo de investigadores dirigido por Hideo Hosono en el Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) ha demostrado que los rayos de terahercios se pueden convertir en luz visible para el ojo humano. El hallazgo es un gran avance para la investigación de materiales funcionales y podría conducir al desarrollo de un nuevo tipo de detector de terahercios.

Los científicos han visualizado con éxito la radiación de terahercios, popularmente conocido como rayos T, usando un cristal llamado mayenita (Ca ₁₂ Alabama ₁₄ O ₃₃ ). Su método utiliza hábilmente el movimiento de traqueteo causado por la vibración de los iones de oxígeno dentro de las estructuras en forma de jaula del cristal.

En años recientes, Ha habido un interés creciente en desarrollar dispositivos prácticos basados ​​en tecnología de terahercios. Con longitudes de onda más largas que la luz infrarroja, Los rayos T se consideran más seguros que los sistemas de imágenes convencionales. Ya están usados, por ejemplo, en los controles de seguridad del aeropuerto, y están comenzando a usarse más ampliamente en áreas como exámenes médicos, inspección alimentaria y análisis de obras de arte. La visualización de la luz de terahercios en sí misma, sin embargo, hasta ahora ha demostrado ser un desafío.

Ahora, Hideo Hosono del Centro de Investigación de Materiales para la Estrategia de Elementos, Tokyo Tech y compañeros de trabajo en Japón, Ucrania y los EE. UU. Han ideado un enfoque simple para convertir los rayos T en brillantes, luz visible. Sus hallazgos han sido publicados en ACS Nano .

Primero, el estudio implicó la emisión de rayos T sobre el cristal de mayenita utilizando un gyrotron. Esto llevó a la vibración de aniones de oxígeno, que chocan con las paredes interiores de las jaulas dentro del cristal. Cada jaula tiene un diámetro interior de 0,4 nanómetros y un diámetro exterior de 0,7 nanómetros.

"El traqueteo de los iones de oxígeno dentro de las jaulas promueve la conversión de energía hacia arriba, "Hosono explica." Las colisiones fuertes y frecuentes de los iones de oxígeno inducen la transferencia de electrones a las jaulas vacías vecinas. La excitación de los iones de oxígeno es clave para la emisión de luz visible ".

Las mediciones de espectroscopía confirmaron que la luz visible se originó a partir de vibraciones causadas por los aniones de oxígeno que se mueven libremente. Los investigadores se encargaron de descartar la posibilidad de otras fuentes, como la radiación del cuerpo negro y la polarización de la superficie, como razones detrás de la producción de luz visible.

El estudio es un ejemplo de investigación estratégica sobre materiales funcionales bajo la iniciativa Element Strategy apoyada por el Ministerio de Educación de Japón. Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (MEXT) y la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología (JST).

"El cristal de nuestro estudio solo está compuesto de calcio, aluminio y oxigeno, todos los cuales se encuentran entre los cinco primeros de los elementos más abundantes, "dice Hosono". es uno de los materiales más económicos, a unos 15 centavos el kilogramo ".

A pesar de su sencillez, Hosono dice que el cristal tiene muchas propiedades interesantes debido a su nanoestructura. Basándose en 20 años de investigación, Este grupo ya ha logrado demostrar que el material tiene excelentes propiedades catalíticas para la síntesis de amoníaco y la superconductividad.

Mejor conocido por su trabajo pionero en superconductores basados ​​en hierro, Hosono dice que el estudio actual marca una nueva dirección de investigación. "Nuestro grupo se ha estado concentrando en el cultivo de nuevas funcionalidades utilizando abundantes elementos, pero es la primera vez que me enfoco en el movimiento iónico; esto es completamente nuevo, " él dice.

Los hallazgos podrían conducir al desarrollo de un detector de rayos T, ya que todavía no se ha diseñado ningún detector convencional de este tipo.

Hosono agrega:"Ahora mismo, nuestro material es bueno para detectar una fuerte radiación de terahercios. El desafío será cómo ajustar la sensibilidad ".

Su grupo también ha informado que los aniones de oxígeno se pueden sustituir por aniones de oro o de hidrógeno dentro de las jaulas. Al hacer uso de estos diferentes aniones, es posible que en el futuro se desarrollen detectores que emitan luz de diferentes colores.