Un grupo de investigación de la Universidad de Tohoku y RIKEN ha desarrollado un detector de ondas de terahercios de alta sensibilidad y alta velocidad que funciona a temperatura ambiente, allanando el camino para avances en el desarrollo de la tecnología 6G/7G de próxima generación.
Los detalles de su avance se publicaron en la revista Nanophotonics. el 9 de noviembre de 2023.
La mejora de las velocidades de comunicación actuales dependerá de las ondas de terahercios (THz). Las ondas de THz son ondas electromagnéticas dentro del rango de THz, que se encuentra entre las porciones de microondas e infrarrojas del espectro electromagnético, y generalmente abarcan frecuencias de 300 gigahercios a 3 THz.
Aun así, la detección rápida y sensible de ondas de THz a temperatura ambiente supone un desafío para los dispositivos semiconductores convencionales basados en electrónica o fotónica.
Aquí es donde entran los plasmones bidimensionales. En un transistor de efecto de campo semiconductor, hay un canal de electrones bidimensional donde existen cuantos colectivos de densidad de carga, es decir, plasmones bidimensionales. Estos plasmones son estados excitados de electrones que exhiben comportamientos similares a los de un fluido. Sus efectos de rectificación no lineal, que se originan a partir de estos comportamientos similares a los de los fluidos, y su rápida respuesta (no limitada por el tiempo de tránsito de los electrones) los convierten en un medio prometedor para detectar ondas de THz a temperatura ambiente.
"Descubrimos un efecto de rectificación plasmónica 3D en el detector de ondas THz", dice Akira Satou, líder del grupo de investigación y profesor asociado en el Instituto de Investigación de Comunicaciones Eléctricas (RIEC) de la Universidad de Tohoku. "El detector se basó en un transistor de alta movilidad electrónica de fosfuro de indio y nos permitió mejorar la sensibilidad de detección en más de un orden de magnitud más que los detectores convencionales basados en plasmones 2D".
El nuevo método de detección combinó el tradicional efecto de rectificación hidrodinámica vertical no lineal de los plasmones 2D con la adición de una no linealidad de corriente de diodo vertical.
También resolvió drásticamente la distorsión de la forma de onda causada por múltiples reflejos de señales moduladas de alta velocidad, un problema crítico en los detectores convencionales basados en plasmones 2D.
Liderando el grupo junto a Satou estaba el profesor especialmente designado Tetsuya Suemitsu del Centro de Incubación de Creación de Nuevas Industrias de la Universidad de Tohoku y Hiroaki Minamide del Centro RIKEN de Fotónica Avanzada.
"Nuestro nuevo mecanismo de detección supera la mayoría de los obstáculos de los detectores de ondas de terahercios convencionales", añade Satou. "De cara al futuro, esperamos aprovechar nuestros logros mejorando el rendimiento del dispositivo".
Más información: Akira Satou et al, Lectura de puerta y efecto de rectificación 3D para una mejora gigante de la capacidad de respuesta de detectores plasmónicos de terahercios de puerta de rejilla dual asimétrica, Nanofotónica (2023). DOI:10.1515/nanoph-2023-0256
Proporcionado por la Universidad de Tohoku
