Pesquisadores descobriram em sistemas condutores bidimensionais um novo efeito que promete melhor desempenho dos detectores de terahertz.

Uma equipe de cientistas do Laborata³rio Cavendish, juntamente com colegas das Universidades de Augsburg (Alemanha) e Lancaster, descobriu um novo efeito fa­sico quando sistemas de elanãtrons bidimensionais são expostos a ondas terahertz .

Em primeiro lugar, o que são ondas terahertz? "Na³s nos comunicamos usando telefones celulares que transmitem radiação de micro -ondas e usam ca¢meras infravermelhas para visão noturna. Terahertz éo tipo de radiação eletromagnanãtica que fica entre as micro-ondas e a radiação infravermelha ", explica o professor David Ritchie, chefe do Grupo de Fa­sica de Semicondutores da Cavendish, da Universidade de Cambridge, "mas, no momento, faltam fontes e detectores desse tipo de radiação que sejam baratos, eficientes e fa¡ceis de usar. Isso dificulta o uso generalizado da tecnologia terahertz".

Pesquisadores do grupo Semiconductor Physics, juntamente com pesquisadores de Pisa e Torino, na Ita¡lia, foram os primeiros a demonstrar, em 2002, o funcionamento de um laser em frequências terahertz, um laser em cascata qua¢ntica. Desde então, o grupo continuou pesquisando física e tecnologia de terahertz e atualmente investiga e desenvolve dispositivos funcionais de terahertz incorporando metamateriais para formar moduladores, bem como novos tipos de detectores.

Se a falta de dispositivos utiliza¡veis ​​fosse resolvida, a radiação terahertz poderia ter muitas aplicações aºteis em segurança, ciência de materiais, comunicações e medicina. Por exemplo, ondas terahertz permitem a imagem de tecido canceroso que não pode ser visto a olho nu. Eles podem ser empregados em novas gerações de scanners de aeroportos seguros e rápidos que permitem distinguir medicamentos de drogas ilegais e explosivos, e podem ser usados ​​para permitir comunicações sem fio ainda mais rápidas além do estado-da-arte.

Então, sobre o que éa descoberta recente? "Esta¡vamos desenvolvendo um novo tipo de detector de terahertz", diz o Dr. Wladislaw Michailow, pesquisador jaºnior do Trinity College Cambridge, "mas ao medir seu desempenho, descobrimos que ele mostrou um sinal muito mais forte do que deveria ser teoricamente esperado. nosencontramos uma nova explicação."

Essa explicação, como dizem os cientistas, estãona forma como a luz interage com a matéria. Em altas frequências, a matéria absorve a luz na forma departículas únicas osfa³tons. Essa interpretação, proposta pela primeira vez por Einstein, formou a base da meca¢nica qua¢ntica e explicou o efeito fotoelanãtrico. Essa fotoexcitação qua¢ntica écomo a luz édetectada pelas ca¢meras em nossos smartphones; étambém o que gera eletricidade a partir da luz nas células solares.

O conhecido efeito fotoelanãtrico consiste na liberação de elanãtrons de um material condutor osum metal ou um semicondutor ospor fa³tons incidentes. No caso tridimensional, os elanãtrons podem ser expelidos no va¡cuo por fa³tonsna faixa ultravioleta ou de raios X, ou liberado em um dielanãtrico na faixa do infravermelho manãdio ao visível. A novidade estãona descoberta de um processo de fotoexcitação qua¢ntica na faixa dos terahertz, semelhante ao efeito fotoelanãtrico. "O fato de que tais efeitos podem existir em gases de elanãtrons bidimensionais altamente condutores em frequências muito mais baixas não foi compreendido atéagora", explica Wladislaw, primeiro autor do estudo, "mas conseguimos provar isso experimentalmente". A teoria quantitativa do efeito foi desenvolvida por um colega da Universidade de Augsburg, na Alemanha, e a equipe internacional de pesquisadores publicou suas descobertas na revista Science Advances .

Os pesquisadores chamaram o fena´meno de “efeito fotoelanãtrico no plano”. No artigo correspondente, os cientistas descrevem vários benefa­cios de explorar esse efeito para a detecção de terahertz. Em particular, a magnitude da fotoresposta que égerada pela radiação incidente terahertz pelo " efeito fotoelanãtrico no plano " émuito maior do que o esperado de outros mecanismos que atéagora são conhecidos por dar origem a uma fotoresposta terahertz. Assim, os cientistas esperam que esse efeito permita a fabricação de detectores de terahertz com sensibilidade substancialmente mais alta.

"Isso nos deixa um passo mais perto de tornar a tecnologia terahertz utiliza¡vel no mundo real", conclui o professor Ritchie.