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(Foco Nanowerk) El desarrollo de fuentes de radiación de terahercios compactas y eficientes es fundamental para el avance de la tecnología de terahercios en una variedad de aplicaciones, desde imágenes y sensores hasta comunicaciones de banda ancha.
En un nuevo estudio publicado en Materiales avanzados (“Generación de radiación de terahercios a través del efecto termoeléctrico transversal”), los investigadores han demostrado un nuevo enfoque simple pero poderoso para generar radiación intensa de terahercios utilizando las propiedades naturales de los óxidos metálicos conductores en capas.
Las ondas de terahercios ocupan la parte del espectro electromagnético entre las microondas y la luz infrarroja. Sus propiedades únicas los hacen útiles para aplicaciones como controles de seguridad, imágenes médicas y redes inalámbricas de próxima generación.
Sin embargo, el desarrollo de la tecnología de terahercios se ha visto limitado por limitaciones en la generación eficiente de radiación de terahercios. La mayoría de las fuentes de terahercios dependen de láseres externos de femtosegundo y de complicadas estructuras cristalinas o semiconductoras.
La nueva técnica explota un fenómeno llamado efecto termoeléctrico transversal en materiales de capas atómicamente delgadas como el óxido metálico de paladio-cobalto (PdCoO).2). En estos materiales, la conductividad eléctrica y la termofuerza son altamente anisotrópicas, lo que significa que las propiedades a lo largo de direcciones perpendiculares en el material son muy diferentes.
Cuando un pulso de láser de femtosegundo golpea el PdCoO2 película, crea un gradiente de temperatura ultrarrápido perpendicular a las capas. Esto activa corrientes termoeléctricas paralelas a las capas, creando un campo de radiación dirigido de terahercios. Debido a la estructura de las capas y las propiedades anisotrópicas de los materiales, la potencia de terahercios se irradia de manera eficiente de manera perpendicular a la película.
Los investigadores demostraron la aplicabilidad del efecto termoeléctrico transversal para la generación de terahercios en PdCoO2 Películas de hasta 10 nm de espesor cultivadas sobre sustratos «recortados» en ángulo. El espectro de emisión cubría frecuencias de hasta 2,3 THz, comparables a los emisores comerciales de terahercios. A través de la modelización, el equipo obtuvo información sobre cómo se pueden ajustar la intensidad y el ancho de banda de los terahercios en función de las propiedades del material y el espesor de la película.
En particular, el rendimiento de terahercios se logró en PdCoO simple de una sola capa.2 Películas sin componentes ópticos o electrónicos adicionales. Esto hace que el diseño sea extremadamente versátil e integrable en dispositivos a nanoescala. El método también se verificó en películas del superconductor en capas La.2xSr.XCuO4lo que confirma el efecto termoeléctrico transversal como mecanismo subyacente.
En comparación con las fuentes de terahercios existentes, la belleza de este enfoque radica en su simplicidad conceptual y la eliminación de limitaciones en las condiciones de funcionamiento, materiales o temperaturas. Los investigadores enfatizan el potencial de mejorar aún más el rendimiento y el ancho de banda espectral mediante la optimización de materiales y el desarrollo de dinámicas de gradiente térmico ultrarrápidas.
La intensidad probada ya puede seguir el ritmo de los emisores comerciales de terahercios. Con un mayor desarrollo, los emisores termoeléctricos transversales podrían abrir nuevas oportunidades en aplicaciones de espectroscopia, comunicaciones, imágenes y detección de terahercios. Su geometría de película delgada también los convierte en candidatos ideales para la integración en circuitos fotónicos de terahercios en chips y nanodispositivos híbridos.
En el futuro, los investigadores planean investigar las interacciones entre la emisión de terahercios y estados electrónicos exóticos en superredes de óxido adaptadas. Al combinar las películas fuente de terahercios con materiales que exhiben propiedades como superconductividad y magnetismo, esperan brindar control dinámico y sintonizabilidad a la emisión.
En general, este trabajo muestra cómo se pueden utilizar las propiedades innatas de los materiales para lograr nuevas funcionalidades. Los investigadores explotaron la anisotropía de la capa a escala atómica de los óxidos metálicos para crear emisores de terahercios a nanoescala eficientes e integrables. El novedoso enfoque supera las limitaciones de las fuentes de terahercios existentes y podría ayudar a impulsar avances en la tecnología integrada de terahercios.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
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