p O laser de nível Landau é um conceito interessante para uma fonte de radiação incomum. Ele poderia gerar com eficiência as chamadas ondas terahertz, que pode ser usado para penetrar materiais, com possíveis aplicações na transmissão de dados. Até aqui, Contudo, quase todas as tentativas de fazer esse tipo de laser falharam. Uma equipe internacional de pesquisadores deu agora um passo importante na direção certa:na revista Nature Photonics , eles descrevem um material que gera ondas terahertz simplesmente aplicando uma corrente elétrica. Físicos do centro de pesquisa alemão Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) desempenharam um papel significativo neste projeto. p Como luz, ondas terahertz são radiação eletromagnética em uma faixa de frequência entre microondas e radiação infravermelha. Suas propriedades são de grande interesse tecnológico e científico, pois permitem que pesquisadores fundamentais estudem as oscilações das redes cristalinas ou a propagação das ondas de spin.

p "As ondas Terahertz são de interesse para aplicações técnicas porque podem penetrar várias substâncias que de outra forma seriam opacas, como roupas, plásticos e papel, "O pesquisador de HZDR Stephan Winnerl explica. Scanners Terahertz já são usados ​​hoje para verificações de segurança de aeroportos, detectar se os passageiros estão escondendo objetos perigosos sob suas roupas - sem ter que recorrer a raios-X prejudiciais.

p Como as ondas terahertz têm uma frequência mais alta do que as ondas de rádio que usamos hoje, eles também poderiam ser aproveitados para transmissão de dados um dia. Tecnologia WLAN atual, por exemplo, opera em frequências de dois a cinco gigahertz. Como as frequências terahertz são cerca de 1000 vezes mais altas, eles poderiam transmitir imagens, vídeo e música muito mais rápido, embora em distâncias mais curtas. Contudo, a tecnologia ainda não está totalmente desenvolvida. "Houve muito progresso nos últimos anos, "Relata Winnerl." Mas gerar as ondas ainda é um desafio - os especialistas falam de uma verdadeira lacuna de terahertz. "Um problema específico é a falta de um laser de terahertz compacto, poderoso, e sintonizável ao mesmo tempo.

p Frequências flexíveis

p A luz do laser é gerada pelos elétrons no material do laser. De acordo com o efeito quântico, elétrons energizados emitem luz, mas eles não podem absorver qualquer quantidade aleatória de energia, apenas algumas porções. De acordo, a luz também é emitida em porções, em uma cor específica e como um feixe focalizado. Por algum tempo agora, especialistas estão focados em um conceito específico de laser terahertz, um laser de nível Landau. Notavelmente, ele pode usar um campo magnético para ajustar com flexibilidade os níveis de energia dos elétrons. Esses níveis, por sua vez, determinar as frequências que são emitidas pelos elétrons, o que torna o laser ajustável - uma grande vantagem para muitas aplicações científicas e técnicas.

p Só há um problema:esse tipo de laser ainda não existe. "Até aqui, o problema é que os elétrons passam sua energia para outros elétrons em vez de emiti-los como as ondas de luz desejadas, "Winnerl explica. Os especialistas chamam esse processo físico de efeito Auger. Para sua tristeza, este fenômeno também ocorre no grafeno, um material que eles consideraram particularmente promissor para um laser de nível Landau. Esta forma bidimensional de carbono mostrou forte espalhamento Auger em experimentos de HZDR.

p Uma questão de material

p A equipe de pesquisa, portanto, tentou outro material:uma liga de metal pesado de mercúrio, cádmio e telúrio (HgCdTe) que é usado para câmeras de imagem térmica altamente sensíveis, entre outras coisas. A característica especial deste material é que seu mercúrio, os conteúdos de cádmio e telúrio podem ser escolhidos com muita precisão, o que torna possível o ajuste fino de uma determinada propriedade que os especialistas chamam de band gap.

p Como resultado, o material apresentou propriedades semelhantes ao grafeno, mas sem o problema de forte dispersão Auger. "Existem diferenças sutis no grafeno que evitam esse efeito de espalhamento, "diz Stephan Winnerl." Simplificando, os elétrons não conseguem encontrar nenhum outro elétron que pudesse absorver a quantidade certa de energia. "Portanto, eles não têm escolha a não ser se livrar de sua energia na forma que os cientistas desejam:radiação terahertz.

p O projeto foi um esforço de equipe internacional:os parceiros russos prepararam as amostras de HgCdTe, que o grupo líder do projeto em Grenoble então analisou. Uma das investigações principais ocorreu em Dresden-Rossendorf:Usando o laser de elétrons livres FELBE, especialistas dispararam fortes pulsos de terahertz na amostra e foram capazes de observar o comportamento dos elétrons na resolução temporal. O resultado:"Notamos que o efeito Auger que observamos no grafeno havia realmente desaparecido, "Winnerl diz.

p LED para Terahertz

p Por último, um grupo de trabalho em Montpellier observou que o composto HgCdTe realmente emite ondas terahertz quando a corrente elétrica é aplicada. Variando um campo magnético adicional de apenas cerca de 200 militesla, os especialistas foram capazes de variar a frequência das ondas emitidas em uma faixa de um a dois terahertz - uma fonte de radiação sintonizável. "Não é bem um laser ainda, mas sim como um LED terahertz, "Winnerl descreve." Mas devemos ser capazes de estender o conceito a um laser, mesmo que exija algum esforço. "E é exatamente isso que os parceiros franceses querem abordar a seguir.

p Existe um fator limitante, no entanto:até agora, o princípio só funcionou quando resfriado a temperaturas muito baixas, logo acima do zero absoluto. "Este é certamente um obstáculo para as aplicações do dia a dia, "Winnerl resume." Mas para uso em pesquisas e em certos sistemas de alta tecnologia, devemos ser capazes de fazê-lo funcionar com esse tipo de resfriamento. "