A detecção de ondas eletromagnéticas na faixa de frequência terahertz continua sendo um problema desafiador. Pesquisadores da Universidade de Cambridge, juntamente com físicos da Universidade de Augsburg, descobriram recentemente um novo efeito físico que pode mudar isso. Em um novo estudo, os cientistas agora estão desenvolvendo uma teoria que explica o mecanismo por trás disso. Suas descobertas possibilitam a construção de detectores de terahertz pequenos, baratos e altamente sensíveis. Eles podem ser usados, por exemplo, em diagnósticos médicos, para verificações de segurança sem contato ou para transmissão de dados sem fio mais rápida. Os resultados da nova teoria foram publicados na revista Physical Review B .
Quando raios-X ou raios UV incidem sobre uma superfície metálica, eles expulsam elétrons do material. Este "efeito fotoelétrico" pode formar a base para detectores que detectam a presença de ondas eletromagnéticas.

De forma ligeiramente modificada, um efeito semelhante é usado nos chips de gravação de câmeras digitais ou em células solares. Estes reagem à luz visível e infravermelha. No entanto, sua energia é significativamente menor que a da radiação UV e, portanto, insuficiente para liberar elétrons do material. Em vez disso, a radiação pode alterar as propriedades elétricas das estruturas semicondutoras, que geralmente são maus condutores. Quando expostos à luz, por outro lado, tornam-se condutores ou podem até gerar tensões.

A energia da radiação terahertz é ainda menor do que a da luz visível ou infravermelha. A radiação THz geralmente não fornece energia suficiente nem para excitar elétrons em semicondutores. Atualmente existem vários tipos de detectores de radiação terahertz, mas ainda são necessários detectores THz mais eficientes, baratos e compactos. Portanto, os pesquisadores continuam procurando princípios físicos alternativos para detectar a radiação terahertz.

"Recentemente, juntamente com colegas do Reino Unido, descobrimos um novo efeito físico que permite a construção de detectores altamente sensíveis", explica o Dr. Sergey Mikhailov do Instituto de Física da Universidade de Augsburg. "Ele é baseado em materiais semicondutores com um gás de elétrons bidimensional - uma fina camada condutora que se forma sob a superfície do semicondutor. Sob certas condições, um tipo de efeito fotoelétrico pode ser observado mesmo em frequências terahertz em tal estrutura. Quando este semicondutor estrutura é iluminada por ondas eletromagnéticas, uma corrente é gerada no gás de elétrons bidimensional em uma direção paralela à superfície do semicondutor.

Em seu trabalho atual, os pesquisadores desenvolveram uma teoria desse "efeito fotoelétrico no plano" que explica o mecanismo com mais detalhes. Várias previsões podem ser derivadas de seus resultados. Por exemplo, com base no efeito, deve ser possível construir detectores sensíveis a toda a faixa de terahertz (radiação com frequências entre 0,1 e 10 terahertz ou com comprimentos de onda entre 3 e 0,03 milímetros). "Esta é uma área onde qualquer novo mecanismo de detecção é de grande valor", diz Mikhailov. Teoricamente, também deve ser possível construir detectores que respondam a intensidades de radiação muito baixas.

Estes podem ser usados ​​em várias aplicações. Por exemplo, células de câncer de pele podem ser facilmente detectadas usando radiação terahertz. Esses detectores também podem ser usados ​​para encontrar as menores quantidades de drogas ou materiais explosivos nos postos de segurança. Além disso, as ondas terahertz oscilam para frente e para trás mais rapidamente do que a radiação eletromagnética atualmente usada em comunicações móveis. Por esse motivo, eles podem transmitir significativamente mais informações na mesma quantidade de tempo. Os novos detectores podem, portanto, aumentar a velocidade da Internet móvel. + Explorar mais

Um passo mais perto de tornar a tecnologia terahertz utilizável no mundo real