I ricercatori hanno creato un dispositivo unico che sbloccherà le sfuggenti lunghezze d'onda terahertz e renderà possibili nuove tecnologie rivoluzionarie.

Le onde terahertz (THz) si trovano tra le microonde e gli infrarossi nello spettro di frequenza della luce, ma a causa della loro bassa energia, gli scienziati non sono stati in grado di sfruttare il loro potenziale. L'enigma è noto nei circoli scientifici come "gap terahertz".

Essere in grado di rilevare e amplificare le onde THz (raggi T) aprirebbe una nuova era della medicina, comunicazioni, satellitare, cosmologiche e altre tecnologie. Una delle principali applicazioni sarebbe come cassaforte, alternativa non distruttiva ai raggi X. Però, fino ad ora, le lunghezze d'onda, che vanno da 3 mm a 30 μm, si sono rivelati impossibili da utilizzare a causa di segnali relativamente deboli provenienti da tutte le fonti esistenti.

Un team di fisici ha creato un nuovo tipo di transistor ottico, un amplificatore THz funzionante, utilizzando grafene e un superconduttore ad alta temperatura. La fisica dietro il semplice amplificatore si basa sulle proprietà del grafene, che è trasparente e non è sensibile alla luce e i cui elettroni non hanno massa. È costituito da due strati di grafene e un superconduttore che intrappolano gli elettroni privi di massa di grafene tra loro come un sandwich.

Il dispositivo viene quindi collegato a una fonte di alimentazione. Quando la radiazione THz colpisce lo strato esterno del grafene, le particelle intrappolate all'interno si attaccano alle onde in uscita, amplificandoli. Professor Fedor Kusmartsev, del Dipartimento di Fisica di Loughborough, disse, "Quando la luce THz cade sul panino viene riflessa, come uno specchio".

"Il punto principale è che ci sarà più luce riflessa di quanta ne cada sul dispositivo. "Funziona perché l'energia esterna è fornita da una batteria o dalla luce che colpisce la superficie da altri, frequenze più alte nello spettro elettromagnetico. I fotoni THz vengono trasformati dal grafene in elettroni privi di massa, quale, a sua volta, si trasformano di nuovo in riflessi, eccitato, THz fotoni. A causa di tale trasformazione, i fotoni THz prendono energia dal grafene, o dalla batteria, e i segnali THz deboli vengono amplificati."

La svolta è stata pubblicata su Lettere di revisione fisica . Il team sta continuando a sviluppare il dispositivo e spera di avere presto dei prototipi pronti per i test. Il professor Kusmartsev ha detto che sperano di avere un amplificatore funzionante pronto per la commercializzazione in circa un anno. Ha aggiunto che un tale dispositivo migliorerebbe notevolmente la tecnologia attuale e consentirebbe agli scienziati di rivelare di più sul cervello umano.

"L'universo è pieno di radiazioni e segnali terahertz, infatti, tutti gli organismi biologici lo assorbono e lo emettono. Mi aspetto che con un tale amplificatore disponibile, potremo scoprire tanti misteri della natura, Per esempio, come avvengono le reazioni chimiche e i processi biologici, o come funziona il nostro cervello e come pensiamo. La gamma dei terahertz è l'ultima frequenza di radiazione adottata dall'umanità. microonde, infrarossi, visibile, I raggi X e altre larghezze di banda sono vitali per innumerevoli progressi scientifici e tecnologici.

"Ha proprietà che migliorerebbero notevolmente vaste aree della scienza come l'imaging, spettroscopia, tomografia, diagnosi medica, monitoraggio della salute, controllo ambientale e identificazione chimica e biologica.

"Il dispositivo che abbiamo sviluppato consentirà a scienziati e ingegneri di sfruttare la larghezza di banda illusoria e creare la prossima generazione di apparecchiature mediche, hardware di rilevamento e tecnologia di comunicazione wireless."