Una nuova ricerca presso l'Università del Maryland potrebbe portare a una generazione di rilevatori di luce in grado di vedere sotto la superficie dei corpi, muri, e altri oggetti. Usando le proprietà speciali del grafene, una forma bidimensionale di carbonio dello spessore di un solo atomo, un prototipo di rivelatore è in grado di vedere una banda di lunghezze d'onda straordinariamente ampia. In questa gamma è inclusa una banda di lunghezze d'onda della luce che hanno interessanti potenziali applicazioni ma sono notoriamente difficili da rilevare:onde terahertz, che sono invisibili all'occhio umano.

Un documento di ricerca sul nuovo rivelatore è stato pubblicato domenica, 07 settembre 2014 in Nanotecnologia della natura . L'autore principale Xinghan Cai, uno studente laureato in fisica dell'Università del Maryland, ha affermato che un rivelatore come il prototipo dei ricercatori "potrebbe trovare applicazioni in campi di terahertz emergenti come le comunicazioni mobili, imaging medico, rilevamento chimico, visione notturna, e sicurezza».

La luce che vediamo illuminare gli oggetti di tutti i giorni è in realtà solo una banda molto stretta di lunghezze d'onda e frequenze. Le lunghezze d'onda lunghe e le basse frequenze delle onde luminose terahertz cadono tra le microonde e le onde infrarosse. La luce in queste lunghezze d'onda terahertz può passare attraverso materiali che normalmente consideriamo opachi, come la pelle, plastica, capi di abbigliamento, e cartone. Può anche essere utilizzato per identificare le firme chimiche emesse solo nell'intervallo dei terahertz.

Attualmente sono realizzate poche applicazioni tecnologiche per il rilevamento dei terahertz, però, in parte perché è difficile rilevare onde luminose in questo intervallo. Per mantenere la sensibilità, la maggior parte dei rilevatori deve essere mantenuta estremamente fredda, circa 4 Kelvin, o -452 gradi Fahrenheit. I rilevatori esistenti che funzionano a temperatura ambiente sono ingombranti, Lento, e proibitivo.

Il nuovo rilevatore di temperatura ambiente, sviluppato dal team dell'Università del Maryland e dai colleghi dell'U.S. Naval Research Lab e della Monash University, Australia, aggira questi problemi usando il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio interconnessi. Utilizzando le proprietà speciali del grafene, il team di ricerca è stato in grado di aumentare la velocità e mantenere la sensibilità del rilevamento delle onde della temperatura ambiente nell'intervallo dei terahertz.

Utilizzando un nuovo principio di funzionamento chiamato "effetto fototermoelettrico dell'elettrone caldo, " il team di ricerca ha creato un dispositivo "sensibile come qualsiasi rilevatore di temperatura ambiente esistente nell'intervallo dei terahertz e più di un milione di volte più veloce, "dice Michael Fuhrer, professore di fisica all'Università del Maryland e alla Monash University, Australia.

Grafene, un foglio di puro carbonio dello spessore di un solo atomo, è particolarmente adatto per l'uso in un rilevatore di terahertz perché quando la luce viene assorbita dagli elettroni sospesi nel reticolo a nido d'ape del grafene, non perdono il loro calore al reticolo ma conservano invece quell'energia.

Il concetto alla base del rilevatore è semplice, dice il professore di fisica dell'Università del Maryland Dennis Drew. "La luce viene assorbita dagli elettroni nel grafene, che si scaldano ma non perdono facilmente la loro energia. Quindi rimangono caldi mentre il reticolo atomico di carbonio rimane freddo." Questi elettroni riscaldati sfuggono al grafene attraverso cavi elettrici, proprio come il vapore che fuoriesce da un bollitore. Il prototipo utilizza due cavi elettrici realizzati con metalli diversi, che conducono gli elettroni a velocità diverse. A causa di questa differenza di conduttività, più elettroni scapperanno attraverso l'uno rispetto all'altro, producendo un segnale elettrico.

Questo segnale elettrico rileva la presenza di onde terahertz sotto la superficie di materiali che appaiono opachi all'occhio umano, o anche ai raggi X. Non puoi vedere attraverso la tua pelle, Per esempio, e una radiografia va dritta attraverso la pelle fino all'osso, mancano completamente gli strati appena sotto la superficie della pelle. Le onde terahertz vedono la via di mezzo. La velocità e la sensibilità del rilevatore di temperatura ambiente presentato in questa ricerca apre la porta a future scoperte in questa zona intermedia.