Pesquisadores descobriram em sistemas condutores bidimensionais um novo efeito que promete melhor desempenho dos detectores de terahertz.
Uma equipe de cientistas do Laboratório Cavendish, juntamente com colegas das Universidades de Augsburg (Alemanha) e Lancaster, descobriu um novo efeito físico quando sistemas de elétrons bidimensionais são expostos a ondas terahertz.

Em primeiro lugar, o que são ondas terahertz? "Nós nos comunicamos usando telefones celulares que transmitem radiação de micro-ondas e usam câmeras infravermelhas para visão noturna. Terahertz é o tipo de radiação eletromagnética que fica entre micro-ondas e radiação infravermelha", explica o professor David Ritchie, chefe do Grupo de Física de Semicondutores da Cavendish, da Universidade de Cambridge, "mas, no momento, faltam fontes e detectores desse tipo de radiação que sejam baratos, eficientes e fáceis de usar. Isso dificulta o uso generalizado da tecnologia terahertz".

Pesquisadores do grupo Semiconductor Physics, juntamente com pesquisadores de Pisa e Torino, na Itália, foram os primeiros a demonstrar, em 2002, o funcionamento de um laser em frequências terahertz, um laser em cascata quântica. 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 utilizáveis ​​fosse resolvida, a radiação terahertz poderia ter muitas aplicações úteis em segurança, ciência dos 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 é a descoberta recente? "Estávamos desenvolvendo um novo tipo de detector de terahertz", diz o Dr. Wladislaw Michailow, Junior Research Fellow do Trinity College Cambridge, "mas ao medir seu desempenho, descobriu-se que ele mostrou um sinal muito mais forte do que deveria ser teoricamente esperado. nós encontramos uma nova explicação."

Essa explicação, como dizem os cientistas, está na forma como a luz interage com a matéria. Em altas frequências, a matéria absorve a luz na forma de partículas únicas – fótons. Essa interpretação, proposta pela primeira vez por Einstein, formou a base da mecânica quântica e explicou o efeito fotoelétrico. Essa fotoexcitação quântica é como a luz é detectada pelas câmeras em nossos smartphones; é também o que gera eletricidade a partir da luz nas células solares.

O conhecido efeito fotoelétrico consiste na liberação de elétrons de um material condutor – um metal ou um semicondutor – por fótons incidentes. No caso tridimensional, os elétrons podem ser expelidos no vácuo por fótons na faixa ultravioleta ou de raios X, ou liberados em um dielétrico na faixa do infravermelho médio ao visível. A novidade está na descoberta de um processo de fotoexcitação quântica na faixa dos terahertz, semelhante ao efeito fotoelétrico. "O fato de que tais efeitos podem existir em gases de elétrons bidimensionais altamente condutores em frequências muito mais baixas não foi compreendido até agora", 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 fenômeno de “efeito fotoelétrico no plano”. No artigo correspondente, os cientistas descrevem vários benefícios de explorar esse efeito para a detecção de terahertz. Em particular, a magnitude da fotoresposta que é gerada pela radiação terahertz incidente pelo "efeito fotoelétrico no plano" é muito maior do que o esperado de outros mecanismos que até agora 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 utilizável no mundo real", conclui o professor Ritchie. + Explorar mais

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