Las ondas de terahercios (THz) se encuentran entre la radiación de microondas y la radiación infrarroja en el espectro electromagnético, oscilando a frecuencias de entre 100 mil millones y 30 billones de ciclos por segundo. Estas ondas son apreciadas por sus propiedades distintivas:pueden penetrar el papel, ropa, madera y paredes, así como detectar la contaminación del aire. Las fuentes de THz podrían revolucionar los sistemas de imágenes médicas y de seguridad. Y lo que es más, su capacidad para transportar grandes cantidades de datos podría ser la clave para comunicaciones inalámbricas más rápidas.

Las ondas THz son un tipo de radiación no ionizante, lo que significa que no representan ningún riesgo para la salud humana. La tecnología ya se utiliza en algunos aeropuertos para escanear pasajeros y detectar objetos y sustancias peligrosas.

A pesar de tener una gran promesa, Las ondas THz no se utilizan mucho porque son costosas y engorrosas de generar. Pero la nueva tecnología desarrollada por investigadores de EPFL podría cambiar todo eso. El equipo del Laboratorio de Investigación de Electrónica de Potencia y Banda Ancha (POWERlab), dirigido por el Prof. Elison Matioli, construyó un nanodispositivo que puede generar señales de potencia extremadamente alta en solo unos pocos picosegundos, o una billonésima de segundo, que produce ondas THz de alta potencia.

La tecnología, que se puede montar en un chip o en un medio flexible, algún día podría instalarse en teléfonos inteligentes y otros dispositivos portátiles. El trabajo escrito por primera vez por Mohammad Samizadeh Nikoo, un doctorado estudiante en el POWERlab, ha sido publicado en la revista Naturaleza .

Cómo funciona

El compacto barato, El nanodispositivo totalmente eléctrico genera ondas de alta intensidad a partir de una pequeña fuente en muy poco tiempo. Funciona produciendo una poderosa "chispa, "con un pico de voltaje de 10 V (o menos) a 100 V en el rango de un picosegundo. El dispositivo es capaz de generar esta chispa casi continuamente, lo que significa que puede emitir hasta 50 millones de señales por segundo. Cuando está conectado a antenas, el sistema puede producir e irradiar ondas THz de alta potencia.

El dispositivo consta de dos placas de metal situadas muy juntas, hasta 20 nanómetros de distancia. Cuando se aplica un voltaje, los electrones suben hacia una de las placas, donde forman un nanoplasma. Una vez que el voltaje alcanza un cierto umbral, los electrones se emiten casi instantáneamente a la segunda placa. Este movimiento rápido habilitado por interruptores tan rápidos crea un pulso de alta intensidad que produce ondas de alta frecuencia.

Los dispositivos electrónicos convencionales solo son capaces de conmutar a velocidades de hasta un voltio por picosegundo, demasiado lento para producir ondas THz de alta potencia.

El nuevo nanodispositivo, que puede ser más de diez veces más rápido, Puede generar pulsos de alta energía y de alta frecuencia. "Normalmente, es imposible alcanzar valores altos para ambas variables, ", dice Matioli." Los dispositivos semiconductores de alta frecuencia son de tamaño nanométrico. Solo pueden soportar unos pocos voltios antes de romperse. Dispositivos de alta potencia, mientras tanto, son demasiado grandes y lentos para generar ondas de terahercios. Nuestra solución fue volver a visitar el antiguo campo del plasma con técnicas de fabricación a nanoescala de vanguardia para proponer un nuevo dispositivo para superar esas limitaciones ".

Según Matioli, el nuevo dispositivo lleva todas las variables al extremo:"Alta frecuencia, alta potencia y nanoescala no son términos que normalmente se escuchan en la misma oración ".

"Estos nanodispositivos, en un lado, traer un nivel extremadamente alto de simplicidad y bajo costo, y al otro lado, mostrar un excelente desempeño. Además, se pueden integrar con otros dispositivos electrónicos como transistores. Teniendo en cuenta estas propiedades únicas, nanoplasma puede dar forma a un futuro diferente para el área de la electrónica ultrarrápida, "dice Samizadeh.

La tecnología podría tener aplicaciones de amplio alcance más allá de la generación de ondas THz. "Estamos bastante seguros de que habrá más aplicaciones innovadoras por venir, "agrega Matioli.