As ondas terahertz abrangem faixas de frequência entre o espectro infravermelho (usado, por exemplo, para visão noturna) e ondas gigahertz (que encontram sua aplicação, entre outros, em conexões Wi-Fi). As ondas Terahertz permitem a detecção de materiais indetectáveis ​​em outras frequências. Contudo, o uso dessas ondas é severamente limitado pela ausência de dispositivos e materiais adequados que permitam controlá-las. Pesquisadores da Universidade de Genebra (UNIGE), trabalhando com a Escola Politécnica Federal de Zurique (ETHZ) e duas equipes de pesquisa espanholas, desenvolveram uma técnica baseada no uso de grafeno, o que permite o controle potencialmente muito rápido da intensidade e da polarização da luz terahertz. Esta descoberta, apresentado em Nature Communications , abre o caminho para o uso prático de ondas terahertz, em particular para imagem e telecomunicações.

O grafeno é uma única camada atômica de átomos de carbono que formam uma rede em forma de colmeia. Pode ser encontrada, por exemplo, na grafite, o principal constituinte das hastes de lápis. No Departamento de Física da Matéria Quântica da Faculdade de Ciências da UNIGE, A equipe de Alexey Kuzmenko vem trabalhando nas propriedades físicas do grafeno há vários anos. "A interação entre a radiação terahertz e os elétrons no grafeno é muito forte e, portanto, chegamos à hipótese de que deveria ser possível usar o grafeno para gerenciar ondas terahertz, "Kuzmenko explica.

Trabalhando no âmbito do projeto europeu Graphene Flagship, cientistas fizeram um transistor baseado em grafeno adaptado para ondas terahertz. “Ao combinar o campo elétrico, que nos permite controlar o número de elétrons no grafeno e, assim, permite que mais ou menos luz passe, com o campo magnético, que curva as órbitas eletrônicas, conseguimos controlar não apenas a intensidade das ondas terahertz, mas também sua polarização, "comenta Jean-Marie Poumirol, membro da equipe de pesquisa da UNIGE e primeiro autor do estudo. "É raro que efeitos puramente elétricos sejam usados ​​para controlar fenômenos magnéticos." Os cientistas agora são capazes de aplicar esse controle sobre uma gama completa de frequências terahertz.

Aplicações práticas de ondas terahertz

Hoje, o foco da equipe de pesquisa da UNIGE é seguir em frente com o protótipo, e desenvolver aplicações práticas e novas oportunidades controlando ondas terahertz. Seu objetivo é tornar as ondas terahertz competitivas industrialmente nos próximos anos. Existem duas áreas principais de aplicação para esta inovação, o primeiro sendo as comunicações. “Usando um filme de grafeno associado a ondas terahertz, devemos ser capazes de enviar informações totalmente seguras em velocidades de cerca de 10 a 100 vezes mais rápidas do que com Wi-Fi ou ondas de rádio, e fazer isso com segurança em curtas distâncias, "explica Poumirol. Isso representaria uma vantagem significativa nas telecomunicações. A segunda esfera de aplicação é a da imagem. Por ser não ionizante, ondas terahertz não alteram o DNA e, portanto, são muito úteis na medicina, biologia e farmácia. Adicionalmente, o controle da polarização circular das ondas terahertz permitirá a distinção entre diferentes simetrias (canhotas ou destras) de moléculas biológicas, que é uma propriedade muito importante em aplicações médicas. Além disso, existe uma aplicação potencialmente muito poderosa dessas ondas na segurança interna. Kuzmenko continua, "As ondas terahertz são interrompidas por metais e são sensíveis a plásticos e matéria orgânica. Isso pode levar a meios mais eficazes de detecção de armas de fogo, drogas e explosivos transportados por indivíduos, e talvez possa servir como uma ferramenta para fortalecer a segurança aeroportuária. "