Un amplificador hecho con grafeno logró emitir ondas en longitudes de Terahercios – entre 0,3 y 3 billones de hercios – también conocidos como rayos T. La explotación de la tecnología puede beneficiar a las áreas médica, comunicaciones, satélites, cosmológica y otras. Una aplicación importante sería como alternativa segura y no destructiva a los rayos X.
Las ondas de terahercios (THz) se encuentran entre las microondas y el infrarrojo en el espectro de frecuencias de la luz, pero debido a su baja energía, los científicos aún no pueden aprovechar su potencial.
Sin embargo, hasta ahora, las longitudes de onda, que van desde 3 mm a 30 μm, han resultado imposibles de usar debido a las señales relativamente débiles de todas las fuentes existentes. El dilema se conoce en los círculos científicos como la “brecha de terahercios”.
El equipo del Departamento de Física de Loughborough, Reino Unido, creó un nuevo tipo de transistor óptico, un amplificador THz funcional, que utiliza grafeno y un semiconductor de alta temperatura. La física detrás del amplificador simple depende de las propiedades del grafeno: transparente, no sensible a la luz y cuyos electrones no tienen masa. El equipo tiene dos capas de grafeno y un superconductor que sostiene los electrones sin una masa de grafeno entre ellos como un sándwich.
Luego, el dispositivo se conecta a una fuente de alimentación. Cuando la radiación de THz alcanza la capa exterior de grafeno, las partículas atrapadas en el interior se unen a las ondas salientes, amplificándolas.
“Cuando la luz THz incide sobre el ‘sándwich’, se refleja como un espejo”, explica el profesor Fedor Kusmartsev. Los fotones THz son transformados por el grafeno en electrones sin masa, que, a su vez, se transforman de nuevo en fotones THz reflejados y energizados. “Debido a esta transformación, los fotones THz absorben energía del grafeno -o de una batería- y las señales débiles de THz se amplifican”, añade el físico.
Los resultados de la investigación se publicaron en Physical Review Letters. El equipo continúa desarrollando el dispositivo y espera tener prototipos listos para probarlos pronto. Kusmartsev dijo que espera tener un amplificador listo para la venta en aproximadamente un año.
“El universo está lleno de radiación de Terahercios. Todos los organismos biológicos lo absorben y lo emiten. La banda de terahercios es la última frecuencia de radiación adoptada por la humanidad. Espero que con este amplificador disponible podamos descubrir muchos misterios de la naturaleza, por ejemplo, cómo funcionan las reacciones químicas y los procesos biológicos, o cómo funciona nuestro cerebro y cómo pensamos. Las microondas, infrarrojos, visibles, rayos X y otros anchos de banda son vitales para innumerables investigaciones científicas y avances tecnológicos ”, cree el profesor de física de Loughborough.
