Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han demostrado un detector hecho de grafeno que podría revolucionar los sensores utilizados en los telescopios espaciales de próxima generación. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista científica Astronomía de la naturaleza .
Más allá de los superconductores, hay pocos materiales que puedan cumplir con los requisitos necesarios para fabricar detectores de terahercios THz ultrasensibles y rápidos para astronomía. Los investigadores de Chalmers han demostrado que el grafeno modificado agrega un nuevo paradigma de material para la detección de heterodino THz.
"El grafeno podría ser el único material conocido que sigue siendo un excelente conductor de electricidad / calor incluso cuando no tiene electrones. Efectivamente, hemos alcanzado un escenario de casi cero electrones en el grafeno, también llamado punto de Dirac, mediante el ensamblaje de electronesmoléculas en su superficie. Nuestros resultados muestran que el grafeno es un material excepcionalmente bueno para la detección de heterodino THz cuando está dopado hasta el punto de Dirac ", dice Samuel Lara-Avila, profesor asistente en el Laboratorio de Física de Dispositivos Cuánticos y autor principal del artículo.
En detalle, la demostración experimental implica la detección de heterodino, en el que dos señales se combinan o mezclan, utilizando grafeno. Una señal es una onda de alta intensidad a una frecuencia THz conocida, generada por una fuente local es decir, un oscilador local.La segunda es una débil señal de THz que imita las ondas provenientes del espacio. Graphene mezcla estas señales y luego produce una onda de salida a una frecuencia de gigahercios GHz mucho más baja, llamada frecuencia intermedia, que puede analizarse con electrónica estándar de gigahercios de bajo ruido.Cuanto mayor sea la frecuencia intermedia, mayor ancho de banda se dice que tiene el detector, necesario para identificar con precisión los movimientos dentro de los objetos celestes.
Sergey Cherednichenko, profesor del Laboratorio de Terahercios y Ondas Milimétricas y coautor del artículo, dice :
"De acuerdo con nuestro modelo teórico, este detector de grafeno THz tiene el potencial de alcanzar una operación cuántica limitada para el importante rango espectral de 1-5 THz. Además, el ancho de banda puede exceder los 20 GHz, mayor que 5 GHz que el estado delLa tecnología más avanzada tiene que ofrecer "
Otro aspecto crucial para el detector de grafeno THz es la potencia extremadamente baja necesaria para que el oscilador local logre una detección confiable de señales de THz débiles, pocos órdenes de magnitud inferiores a los que requieren los superconductores. Esto podría permitir matrices de detectores coherentes de THz con limitación cuántica,abriendo así la puerta a las imágenes en 3D del universo.
Elvire De Beck, astrónomo del Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente, que no participó en la investigación, explica las posibles implicaciones para la astronomía práctica :
"Esta tecnología basada en el grafeno tiene un enorme potencial para futuras misiones espaciales que tienen como objetivo, por ejemplo, revelar cómo el agua, el carbono, el oxígeno y la vida misma llegaron a la tierra. Una cámara de imágenes en 3D liviana y poderosa que esté limitada cuánticamente a frecuencias de terahercios es crucialpara tareas tan ambiciosas. Pero, por el momento, las imágenes THz 3D simplemente no están disponibles "
Sergey Kubatkin, profesor del Laboratorio de Física de Dispositivos Cuánticos y coautor del artículo, explica :
"El núcleo del detector THz es el sistema de grafeno y ensamblajes moleculares. Este es en sí mismo un nuevo material compuesto 2D que merece una investigación más profunda desde un punto de vista fundamental, ya que muestra un régimen completamente nuevo de carga / transporte de calorgobernado por los efectos de la mecánica cuántica "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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