Fonte de Terahertz ultrafina abre caminho para a próxima geração de tecnologia de comunicação

Físicos da Universidade de Sussex desenvolveram uma fonte de superfície semicondutora de terahertz extremamente fina e de grande área, composta por apenas algumas camadas atômicas e compatível com as plataformas eletrônicas existentes.

Fontes Terahertz emitem breves pulsos de luz oscilando em trilhões de vezes por segundo. Nessa escala, eles são muito rápidos para serem manuseados pela eletrônica padrão e, até recentemente, muito lentos para serem manuseados por tecnologias ópticas. Isso tem um grande significado para a evolução dos dispositivos de comunicação ultrarrápidos acima do limite de 300 GHz – como o necessário para a tecnologia de telefonia móvel 6G – algo que ainda está fundamentalmente além do limite da eletrônica atual. Pesquisadores do Laboratório de Fotônica Emergente (EPic) em Sussex são líderes em tecnologia de emissão de terahertz de superfície, tendo alcançado as fontes de semicondutores de superfície mais brilhantes e mais finas demonstradas até agora. A região de emissão de seu novo desenvolvimento, uma fonte semicondutora de terahertz, é 10 vezes mais fina do que a alcançada anteriormente, com desempenho comparável ou até melhor.

As camadas finas podem ser colocadas em cima de objetos e dispositivos existentes – uma fonte de terahertz pode ser localizada em lugares que seriam inconcebíveis de outra forma, incluindo objetos do cotidiano, como um bule de chá ou até mesmo uma obra de arte – abrindo um enorme potencial para anti- falsificação e internet das coisas — bem como eletrônicos anteriormente incompatíveis, como telefones celulares de última geração.

Dr. Luke Peters, pesquisador do projeto TIMING do Conselho Europeu de Pesquisa da Universidade de Sussex, disse:“A ideia de colocar fontes terahertz em lugares inacessíveis tem grande apelo científico, mas na prática é muito desafiadora. A radiação terahertz pode ter um papel superlativo na ciência dos materiais, ciências da vida e segurança. No entanto, ainda é estranho à maior parte da tecnologia existente, incluindo dispositivos que falam com objetos do cotidiano como parte da internet das coisas em rápida expansão. Este resultado é um marco em nossa rota para aproximar as funções terahertz do nosso dia a dia.”

Situadas entre as microondas e o infravermelho no espectro eletromagnético, as ondas terahertz são uma forma de radiação muito procurada na pesquisa e na indústria. Eles têm uma capacidade natural de revelar a composição material de um objeto penetrando facilmente em materiais comuns como papel, roupas e plástico da mesma forma que os raios X, mas sem serem prejudiciais. A imagem de Terahertz torna possível “ver” a composição molecular de objetos e distinguir entre diferentes materiais. Desenvolvimentos anteriores mostraram aplicações potenciais de câmeras terahertz, que podem ser transformadoras na segurança de aeroportos, e scanners médicos – como os usados ​​para detectar câncer de pele.

Um dos maiores desafios enfrentados pelos cientistas que trabalham na tecnologia de terahertz é que o que é comumente aceito como uma “fonte intensa de terahertz” é fraco e volumoso quando comparado, por exemplo, com uma lâmpada. Em muitos casos, a necessidade de materiais muito exóticos, como cristais não lineares, os torna pesados ​​e caros. Esse requisito apresenta desafios logísticos para integração com outras tecnologias, como sensores e comunicações ultrarrápidas.

A equipe de Sussex superou essas limitações desenvolvendo fontes de terahertz a partir de materiais extremamente finos (cerca de 25 camadas atômicas). Ao iluminar um semicondutor de grau eletrônico com dois tipos diferentes de luz laser, cada um oscilando em uma frequência diferente – ou cor – eles foram capazes de provocar a emissão de rajadas curtas de radiação terahertz.

Este avanço científico tem sido procurado por cientistas que trabalham no campo desde a primeira demonstração de fontes terahertz baseadas em lasers de duas cores no início dos anos 2000. Fontes de terahertz de duas cores baseadas em misturas especiais de gases, como nitrogênio, argônio ou criptônio, estão entre as fontes de melhor desempenho disponíveis atualmente. Os semicondutores, amplamente utilizados em tecnologias eletrônicas, permaneceram em sua maioria fora do alcance desse tipo de mecanismo de geração de terahertz.