Los pulsos electromagnéticos que duran una millonésima de millonésima de segundo pueden ser la clave de los avances en imágenes médicas, comunicaciones y desarrollo de fármacos. Pero los pulsos, llamados ondas de terahercios, han requerido durante mucho tiempo equipos complejos y costosos para su uso.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Princeton han reducido drásticamente gran parte de ese equipo: pasando de una configuración de mesa con láser y espejos a un par de microchips lo suficientemente pequeños como para caber en la punta de un dedo.
En dos artículos publicados recientemente en el IEEE Journal of Solid State Circuits , los investigadores describen un microchip que puede generar ondas de terahercios y un segundo chip que puede capturar y leer detalles complejos de estas ondas.
"El sistema se realiza con la misma tecnología de chip de silicio que alimenta todos los dispositivos electrónicos modernos, desde teléfonos inteligentes hasta tabletas, y por lo tanto cuesta solo unos pocos dólares para hacer a gran escala", dijo el investigador principal Kaushik Sengupta, profesor asistente de electricidad de PrincetonIngenieria.
Las ondas de Terahercios son parte del espectro electromagnético, la amplia clase de ondas que incluye radio, rayos X y luz visible, y se sientan entre las bandas de ondas de microondas e infrarrojas. Las ondas tienen algunas características únicas que las hacen interesantes paraciencia: por un lado, pasan a través de la mayoría de los materiales no conductores, por lo que podrían usarse para mirar a través de la ropa o las cajas con fines de seguridad, y debido a que tienen menos energía que los rayos X, no dañan el tejido humano o el ADN.
Las ondas de Terahercios también interactúan de distintas maneras con diferentes productos químicos, por lo que pueden usarse para caracterizar sustancias específicas. Conocida como espectroscopía, la capacidad de usar ondas de luz para analizar material es una de las más prometedoras y desafiantes.aplicaciones de la tecnología de terahercios, dijo Sengupta.
Para hacerlo, los científicos proyectan una amplia gama de ondas de terahercios en un objetivo y luego observan cómo cambian las ondas después de interactuar con él. El ojo humano realiza un tipo similar de espectroscopía con luz visible: vemos una hoja verde porque la luzen la luz verde, la frecuencia rebota en la hoja cargada de clorofila.
El desafío ha sido que generar una amplia gama de ondas de terahercios e interpretar su interacción con un objetivo requiere un conjunto complejo de equipos como generadores de terahercios voluminosos o láseres ultrarrápidos. El tamaño y el gasto del equipo hacen que la tecnología sea poco práctica para la mayoría de las aplicaciones.
Los investigadores han estado trabajando durante años para simplificar estos sistemas. En septiembre, el equipo de Sengupta informó una forma de reducir el tamaño del generador de terahercios y el aparato que interpreta las ondas que regresan a un chip de tamaño milimétrico. La solución radica en volverimaginando cómo funciona una antena. Cuando las ondas terahercios interactúan con una estructura metálica dentro del chip, crean una distribución compleja de campos electromagnéticos que son exclusivos de la señal incidente. Normalmente, estos campos sutiles son ignorados, pero los investigadores se dieron cuenta de que podían leerlos patrones como una especie de firma para identificar las ondas. Todo el proceso se puede lograr con pequeños dispositivos dentro del microchip que leen ondas terahercios.
"En lugar de leer directamente las olas, estamos interpretando los patrones creados por las olas", dijo Sengupta. "Es algo así como buscar un patrón de gotas de lluvia por las ondas que hacen en un estanque".
Daniel Mittleman, profesor de ingeniería en la Universidad de Brown, dijo que el desarrollo fue "un trabajo muy innovador y que potencialmente tiene mucho impacto". Mittleman, quien es el vicepresidente de la Sociedad Internacional de Milímetros Infrarrojos yTerahertz Waves, dijo que los científicos aún tienen trabajo por hacer antes de que la banda de terahertz pueda comenzar a usarse en dispositivos cotidianos, pero los desarrollos son prometedores.
"Es un rompecabezas muy grande con muchas piezas, y este es solo uno, pero es muy importante", dijo Mittleman, quien está familiarizado con el trabajo pero no tuvo ningún papel en él.
En el extremo de la generación de terahercios, gran parte del desafío es crear una amplia gama de longitudes de onda dentro de la banda de terahercios, particularmente en un microchip. Los investigadores se dieron cuenta de que podían superar el problema generando múltiples longitudes de onda en el chip. Luego utilizaron con precisióntiempo para combinar estas longitudes de onda y crear pulsos de terahercios muy agudos.
En un artículo publicado el 14 de diciembre en el IEEE Journal of Solid State Circuits , los investigadores explicaron cómo crearon un chip para generar las ondas de terahercios. El siguiente paso, dijeron los investigadores, es extender el trabajo más a lo largo de la banda de terahercios. "En este momento estamos trabajando con la parte inferior de la banda de terahercios.", dijo Xue Wu, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica de Princeton y autor de ambos artículos.
"¿Qué se puede hacer con mil millones de transistores que operan a frecuencias de terahercios?", Preguntó Sengupta. "Solo reimaginando estas complejas interacciones electromagnéticas a partir de principios fundamentales podemos inventar una nueva tecnología que cambie el juego".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :