Fonte de Terahertz Ultra-Fina Impulsiona Tecnologias de Comunicação de Próxima Geração

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

Fontes de terahertz emitem breves pulsos de luz oscilando a trilhões de vezes por segundo. Nesta escala, são rápidas demais para serem manipuladas por eletrônica padrão e, até recentemente, lentas demais para serem manipuladas por tecnologias ópticas. Isso tem grande significado para a evolução de dispositivos de comunicação ultra-rápidos acima do limite de 300 GHz — como o necessário para tecnologia de telefone móvel 6G — algo que ainda está fundamentalmente além do limite da eletrônica atual. Pesquisadores do Laboratório de Fotonics Emergentes (EPic) em Sussex são líderes em tecnologia de emissão de terahertz de superfície, tendo alcançado as fontes de semicondutor de superfície mais brilhantes e finas demonstradas até agora. A região de emissão de seu novo desenvolvimento, uma fonte de semicondutor de terahertz, é 10 vezes mais fina que a anteriormente alcançada, com desempenho comparável ou até melhor.

As camadas finas podem ser colocadas sobre objetos e dispositivos existentes — uma fonte de terahertz pode ser localizada em lugares que seriam inconcebíveis de outra forma, incluindo objetos cotidianos como uma chaleira ou até uma obra de arte — abrindo enorme potencial para anti-falsificação e internet das coisas — assim como eletrônicos previamente incompatíveis, como telefones móveis de próxima geração.

Dr. Luke Peters, Pesquisador do projeto do Conselho Europeu de Pesquisa TIMING na Universidade de Sussex, disse: "A ideia de colocar fontes de terahertz em lugares inacessíveis tem grande apelo científico, mas na prática é muito desafiador. A radiação terahertz pode ter um papel superlativo em ciência de materiais, ciência da vida e segurança. No entanto, ainda é alheia à maioria da tecnologia existente, incluindo dispositivos que falam com objetos cotidianos como parte da internet das coisas em rápida expansão. Este resultado é um marco em nossa rota para trazer funções terahertz mais perto de nossas vidas cotidianas."

Situadas entre micro-ondas e infravermelho no espectro eletromagnético, ondas terahertz são uma forma de radiação altamente procurada em pesquisa e indústria. Elas têm capacidade natural de revelar a composição material de um objeto penetrando facilmente materiais comuns como papel, roupas e plástico da mesma forma que raios-X, mas sem serem prejudiciais. Imagem terahertz torna possível 'ver' a composição molecular de objetos e distinguir entre diferentes materiais. Desenvolvimentos anteriores mostraram aplicações potenciais de câmeras terahertz, que poderiam ser transformadoras em segurança de aeroportos e scanners médicos — como aqueles usados para detectar cânceres de pele.

Um dos maiores desafios enfrentados por cientistas trabalhando em tecnologia terahertz é que o que é comumente aceito como uma 'fonte intensa de terahertz' é fraca e volumosa quando comparada, por exemplo, a uma lâmpada. Em muitos casos, a necessidade de materiais muito exóticos, como cristais não lineares, torna-os difíceis de manusear e caros. Este requisito representa desafios logísticos para integração com outras tecnologias, como sensores e comunicações ultra-rápidas.

A equipe de Sussex superou essas limitações desenvolvendo fontes de terahertz a partir de materiais extremamente finos (cerca de 25 camadas atômicas). Iluminando um semicondutor de grau eletrônico com dois tipos diferentes de luz laser, cada um oscilando em uma frequência diferente — ou cor — eles conseguiram elicitar a emissão de curtos pulsos de radiação terahertz.

Este avanço científico há muito é buscado por cientistas trabalhando no campo desde a primeira demonstração de fontes de 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 hoje. Os semicondutores, amplamente usados em tecnologias eletrônicas, permaneceram fora de alcance para este tipo de mecanismo de geração de terahertz.