Le onde terahertz coprono intervalli di frequenza tra lo spettro infrarosso (usato, Per esempio, per la visione notturna) e onde gigahertz (che trovano la loro applicazione, tra l'altro, nelle connessioni Wi-Fi). Le onde terahertz consentono il rilevamento di materiali non rilevabili ad altre frequenze. Però, l'utilizzo di queste onde è fortemente limitato dall'assenza di idonei dispositivi e materiali che ne consentano il controllo. Ricercatori dell'Università di Ginevra (UNIGE), collaborando con il Politecnico federale di Zurigo (ETHZ) e due gruppi di ricerca spagnoli, hanno sviluppato una tecnica basata sull'uso del grafene, che consente il controllo potenzialmente molto rapido sia dell'intensità che della polarizzazione della luce terahertz. Questa scoperta, presentato in Comunicazioni sulla natura , apre la strada a un uso pratico delle onde terahertz, in particolare per l'imaging e le telecomunicazioni.

Il grafene è un singolo strato atomico di atomi di carbonio che formano una rete a nido d'ape. Si trova ad esempio nella grafite, il costituente principale delle bacchette per matite. Presso il Dipartimento di Fisica della Materia Quantistica della Facoltà di Scienze dell'UNIGE, Il team di Alexey Kuzmenko ha lavorato sulle proprietà fisiche del grafene per diversi anni. "L'interazione tra la radiazione terahertz e gli elettroni nel grafene è molto forte e siamo quindi giunti all'ipotesi che dovrebbe essere possibile utilizzare il grafene per gestire le onde terahertz, " spiega Kuzmenko.

Lavorando nell'ambito del progetto europeo Graphene Flagship, gli scienziati hanno realizzato un transistor a base di grafene adattato alle onde terahertz. "Combinando il campo elettrico, che ci permette di controllare il numero di elettroni nel grafene e quindi lascia passare più o meno luce, con il campo magnetico, che piega le orbite elettroniche, siamo stati in grado di controllare non solo l'intensità delle onde terahertz, ma anche la loro polarizzazione, " commenta Jean-Marie Poumirol, membro del gruppo di ricerca UNIGE e primo autore dello studio. "È raro che gli effetti puramente elettrici vengano utilizzati per controllare i fenomeni magnetici". Gli scienziati sono ora in grado di applicare tale controllo su una gamma completa di frequenze terahertz.

Applicazioni pratiche delle onde terahertz

Oggi, l'obiettivo del team di ricerca UNIGE è quello di passare dal prototipo, e sviluppare applicazioni pratiche e nuove opportunità controllando le onde terahertz. Il loro obiettivo è rendere le onde terahertz industrialmente competitive nei prossimi anni. Due sono le principali aree di applicazione di questa innovazione, la prima è la comunicazione. "Usando un film di grafene associato a onde terahertz, dovremmo essere potenzialmente in grado di inviare informazioni completamente protette a velocità da 10 a 100 volte più veloci rispetto al Wi-Fi o alle onde radio, e farlo in sicurezza su brevi distanze, " spiega Poumirol. Ciò presenterebbe un notevole vantaggio nelle telecomunicazioni. Il secondo ambito di applicazione è quello dell'imaging. Essendo non ionizzante, le onde terahertz non alterano il DNA e quindi sono molto utili in medicina, biologia e farmacia. Inoltre, il controllo della polarizzazione circolare delle onde terahertz consentirà di distinguere tra diverse simmetrie (sinistre o destrorse) di molecole biologiche, che è una proprietà molto importante nelle applicazioni mediche. Per di più, c'è potenzialmente un'applicazione molto potente di queste onde nella sicurezza interna. Kuzmenko continua, "Le onde terahertz vengono fermate dai metalli e sono sensibili alla plastica e alla materia organica. Ciò potrebbe portare a mezzi più efficaci per rilevare le armi da fuoco, droghe ed esplosivi trasportati da individui, e potrebbe forse servire come strumento per rafforzare la sicurezza aeroportuale".