p Pulsos eletromagnéticos com duração de um milionésimo de milionésimo de segundo podem ser a chave para os avanços em imagens médicas, comunicações e desenvolvimento de medicamentos. Mas os pulsos, chamadas de ondas terahertz, há muito exigem equipamentos elaborados e caros para usar. p Agora, pesquisadores da Universidade de Princeton reduziram drasticamente grande parte desse equipamento:mudando de uma configuração de mesa com lasers e espelhos para um par de microchips pequenos o suficiente para caber na ponta de um dedo.

p Em dois artigos publicados recentemente no IEEE Journal of Solid State Circuits , os pesquisadores descrevem um microchip que pode gerar ondas terahertz, e um segundo chip que pode capturar e ler detalhes intrincados dessas ondas.

p "O sistema é realizado na mesma tecnologia de chip de silício que alimenta todos os dispositivos eletrônicos modernos, de smartphones a tablets, e, portanto, custa apenas alguns dólares para fazer em grande escala ", disse o pesquisador Kaushik Sengupta, um professor assistente de engenharia elétrica de Princeton.

p As ondas Terahertz fazem parte do espectro eletromagnético - a ampla classe de ondas que inclui o rádio, Raios X e luz visível - e fique entre as bandas de onda de microondas e infravermelho. As ondas possuem algumas características únicas que as tornam interessantes para a ciência. Para um, eles passam pela maioria dos materiais não condutores, para que eles pudessem ser usados ​​para examinar roupas ou caixas para fins de segurança, e porque eles têm menos energia do que os raios X, eles não danificam o tecido humano ou o DNA.

p As ondas Terahertz também interagem de maneiras distintas com diferentes produtos químicos, para que possam ser usados ​​para caracterizar substâncias específicas. Conhecido como espectroscopia, a capacidade de usar ondas de luz para analisar o material é uma das aplicações mais promissoras - e mais desafiadoras - da tecnologia terahertz, Sengupta disse.

p Para fazer isso, os cientistas projetam uma ampla gama de ondas terahertz em um alvo e, em seguida, observam como as ondas mudam depois de interagir com ele. O olho humano realiza um tipo semelhante de espectroscopia com luz visível - vemos uma folha como verde porque a luz na frequência da luz verde reflete na folha carregada de clorofila.

p O desafio é que gerar uma ampla gama de ondas terahertz e interpretar sua interação com um alvo requer uma gama complexa de equipamentos, como geradores de terahertz volumosos ou lasers ultrarrápidos. O tamanho e o custo do equipamento tornam a tecnologia impraticável para a maioria das aplicações.

p Os pesquisadores vêm trabalhando há anos para simplificar esses sistemas. Em setembro, A equipe de Sengupta relatou uma maneira de reduzir o tamanho do gerador de terahertz e do aparelho que interpreta o retorno das ondas em um chip de tamanho milimétrico. A solução está em refazer a imagem do funcionamento de uma antena. Quando as ondas terahertz interagem com uma estrutura de metal dentro do chip, eles criam uma distribuição complexa de campos eletromagnéticos que são exclusivos do sinal incidente. Tipicamente, esses campos sutis são ignorados, mas os pesquisadores perceberam que podiam ler os padrões como uma espécie de assinatura para identificar as ondas. Todo o processo pode ser realizado com dispositivos minúsculos dentro do microchip que lêem ondas terahertz.

p "Em vez de ler diretamente as ondas, estamos interpretando os padrões criados pelas ondas, "Sengupta disse." É como procurar um padrão de gotas de chuva pelas ondulações que elas fazem em um lago. "

p Daniel Mittleman, professor de engenharia da Brown University, disse que o desenvolvimento era "um trabalho muito inovador, e tem potencialmente um grande impacto. "Mittleman, que é o vice-presidente da International Society for Infrared Millimeter and Terahertz Waves, disse que os cientistas ainda têm trabalho a fazer antes que a banda terahertz possa começar a ser usada em dispositivos diários, mas os desenvolvimentos são promissores.

p "É um quebra-cabeça muito grande com muitas peças, e este é apenas um, mas é muito importante, "disse Mittleman, que está familiarizado com o trabalho, mas não teve nenhum papel nele.

p No final da geração terahertz, grande parte do desafio é criar uma ampla gama de comprimentos de onda dentro da banda terahertz, particularmente em um microchip. Os pesquisadores perceberam que poderiam superar o problema gerando vários comprimentos de onda no chip. Eles então usaram um tempo preciso para combinar esses comprimentos de onda e criar pulsos terahertz muito nítidos.

p Em um artigo publicado em 14 de dezembro na IEEE Journal of Solid State Circuits , os pesquisadores explicaram como criaram um chip para gerar as ondas terahertz. O próximo passo, os pesquisadores disseram, é estender o trabalho ainda mais ao longo da faixa de terahertz. "No momento, estamos trabalhando com a parte inferior da banda de terahertz, "disse Xue Wu, um estudante de doutorado de Princeton em engenharia elétrica e um autor em ambos os artigos.

p "O que você pode fazer com um bilhão de transistores operando em frequências terahertz?" Sengupta perguntou. "Somente re-imaginando essas complexas interações eletromagnéticas a partir de princípios fundamentais podemos inventar uma nova tecnologia revolucionária."