Las ondas de Terahertz se están volviendo cada vez más importantes en ciencia y tecnología. Nos permiten desentrañar las propiedades de los materiales futuros, probar la calidad de la pintura automotriz y los sobres de pantalla. Pero generar estas ondas sigue siendo un desafío. Un equipo de Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf HZDR, TU Dresden y la Universidad de Konstanz ahora han hecho un progreso significativo.Los investigadores han desarrollado un componente de germanio que genera pulsos de terahercios cortos con una propiedad ventajosa: los pulsos tienen un espectro de banda ancha extremo y por lo tanto entregan muchos terahercios diferentesfrecuencias al mismo tiempo. Como ha sido posible fabricar el componente empleando métodos ya utilizados en la industria de semiconductores, el desarrollo promete una amplia gama de aplicaciones en investigación y tecnología, como informa el equipo en la revista Luz: Ciencia y aplicaciones.
Al igual que la luz, las ondas de terahercios se clasifican como radiación electromagnética. En el espectro, caen justo entre las microondas y la radiación infrarroja. Pero mientras que las microondas y la radiación infrarroja han entrado en nuestras vidas cotidianas, las ondas de terahercios apenas comienzan a usarseLa razón es que los expertos solo han podido construir fuentes razonablemente aceptables para ondas de terahercios desde principios de la década de 2000. Pero estos transmisores aún no son perfectos: son relativamente grandes y caros, y la radiación que emiten no siempre tienelas propiedades deseadas
Uno de los métodos de generación establecidos se basa en un cristal de arseniuro de galio. Si este cristal semiconductor se irradia con pulsos láser cortos, se forman portadores de carga de arseniuro de galio. Estas cargas se aceleran aplicando voltaje que obliga a generar una onda de terahercios- básicamente el mismo mecanismo que en un mástil transmisor VHF donde las cargas en movimiento producen ondas de radio.
Sin embargo, este método tiene una serie de inconvenientes: "Solo se puede operar con láseres especiales relativamente caros", explica el físico del HZDR Dr. Harald Schneider. "Con los láseres estándar del tipo que utilizamos para las comunicaciones de fibra óptica, no"No funciona". Otra deficiencia es que los cristales de arseniuro de galio solo emiten pulsos de terahercios de banda relativamente estrecha y, por lo tanto, un rango de frecuencia restringido, lo que limita significativamente el área de aplicación.
implantes de metales preciosos
Es por eso que Schneider y su equipo están apostando por otro material: el germanio semiconductor. "Con el germanio podemos usar láseres menos costosos conocidos como láseres de fibra", dice Schneider. "Además, los cristales de germanio son muy transparentes y, por lo tanto,facilitan la emisión de pulsos de banda muy ancha ". Pero, hasta ahora, han tenido un problema: si irradias germanio puro con un pulso láser corto, toma varios microsegundos antes de que la carga eléctrica en el semiconductor desaparezca. Solo entonces el cristal puede absorberel próximo pulso láser. Sin embargo, los láseres de hoy pueden disparar sus pulsos a intervalos de unas pocas docenas de nanosegundos, una secuencia de disparos demasiado rápida para el germanio.
Para superar esta dificultad, los expertos buscaron una forma de hacer que las cargas eléctricas en el germanio desaparecieran más rápidamente. Y encontraron la respuesta en un prominente metal precioso: el oro ". Utilizamos un acelerador de iones para disparar átomos de oroen un cristal de germanio ", explica el colega de Schneider, el Dr. Abhishek Singh." El oro penetró el cristal a una profundidad de 100 nanómetros. "Los científicos luego calentaron el cristal durante varias horas a 900 grados centígrados. El tratamiento térmico aseguró los átomos de oro.se distribuyeron uniformemente en el cristal de germanio.
El éxito comenzó cuando el equipo iluminó el germanio salpicado con pulsos láser ultracortos: en lugar de quedarse en el cristal durante varios microsegundos, los portadores de carga eléctrica desaparecieron nuevamente en menos de dos nanosegundos, aproximadamente mil veces más rápido que antes.el oro funciona como una trampa, ayudando a atrapar y neutralizar las cargas. "Ahora el cristal de germanio puede ser bombardeado con pulsos láser a una alta tasa de repetición y seguir funcionando", Singh se complace en informar.
Fabricación económica posible
El nuevo método facilita pulsos de terahercios con un ancho de banda extremadamente amplio: en lugar de 7 terahercios utilizando la técnica establecida de arseniuro de galio, ahora es diez veces mayor: 70 terahercios ". Obtenemos un espectro amplio, continuo y sin espacios en una sola caída"Harald Schneider se entusiasma". Esto significa que tenemos a mano una fuente realmente versátil que se puede utilizar para las aplicaciones más diversas. "Otro beneficio es que, efectivamente, los componentes de germanio se pueden procesar con la misma tecnología que se utiliza para los microchips"A diferencia del arseniuro de galio, el germanio es compatible con el silicio", señala Schneider. "Y como los nuevos componentes pueden funcionar junto con láseres de fibra óptica estándar, podría hacer que la tecnología sea bastante compacta y económica".
Esto debería convertir el germanio dopado en oro en una opción interesante no solo para aplicaciones científicas, como el análisis detallado de materiales bidimensionales innovadores como el grafeno, sino también para aplicaciones en medicina y tecnología ambiental. Uno podría imaginar sensores, paraejemplo, que rastrean ciertos gases en la atmósfera por medio de su espectro de terahercios. Las fuentes de terahercios de hoy en día todavía son demasiado caras para el propósito. Los nuevos métodos, desarrollados en Dresden-Rossendorf, podrían ayudar a hacer sensores ambientales como este mucho más baratos en el futuro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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