Una nueva forma de ver a través de la materia llega con las ondas de terahercios

Investigadores de la Universidad de Princeton han logrado reducir drásticamente equipos para la emisión y recepción de ondas de terahercios, con una novedosa tecnología que podría marcar avances en campos como el de las imágenes médicas, las comunicaciones y la seguridad.

Dos artículos publicados recientemente en el IEEE Journal of Solid State Circuit describen cómo un microchip de reciente diseño puede generar estas ondas y un segundo transistor creado es capaz de recibirlas e interpretar sus significados.

Las ondas de terahercios son pulsos electromagnéticos de la misma amplia clase de ondas que incluye a la señal de radio, los rayos X y luz visible. Este espectro se sitúa entre las bandas de ondas de luz infrarroja y las microondas.

La importancia del desarrollo de tecnología barata y práctica que aproveche a las ondas de terahercios radica en la forma peculiar en que interactúan con su entorno. Son capaces de atravesar la mayoría de material no conductor de electricidad, por lo que podrían ser utilizados para mirar a través de la ropa o el equipaje y, al tener menos energía que los rayos X, lo hacen sin dañar el tejido humano o el ADN, pues se trata de una radiación submilimétrica, de baja intensidad.

Su capacidad de interactuar de diversas formas con sustancias químicas diferentes, además, puede tener aplicaciones en el terreno de la espectroscopía, el estudio de la composición de la materia sobre la base de la observación de cómo las ondas de luz reaccionan en un objeto. A este campo pertenece, por ejemplo, la resonancia magnética nuclear.

Los pulsos en cuestión duran una millonésima parte de un millonésimo de segundo el equipo necesario para emitirlos y recibirlos ha sido hasta ahora elaborado y costoso de usar, usualmente compuesto por una mesa con láseres y espejos.

El nuevo sistema, a base de un par de microchips “se realiza con la misma tecnología de chip de silicio que alimenta todos los dispositivos electrónicos modernos en teléfonos inteligentes, tabletas y, por lo tanto, solo cuesta unos pocos dólares fabricarlo a gran escala", dijo Kaushik Sengupta, profesor asistente de ingeniería eléctrica en Princeton.

Para desarrollar la tecnología, los científicos lanzaron una amplia gama de ondas de terahercios hacia un objetivo y luego observaron cómo interactuaban con él. Como cuando el ojo humano ve colores: al chocar la luz en una hoja, por ejemplo, la luz visible es la de la frecuencia verde, pues es la que reacciona a la clorofila y nos da verdor en el ojo.

En septiembre, el equipo de Sengupta informó que en vez de usar gigantescos equipos para emitir y recibir estas ondas, se podía usar dos chips milimétricos, si se cambiaba la noción de cómo funciona el receptor de las radiaciones en cuestión.

Cuando las ondas de terahercios interactúan con la estructura metálica dentro del chip, crean una compleja distribución de campos electromagnéticos que son únicos para cada señal incidente. Normalmente, estos campos son ignorados, pero los investigadores se dieron cuenta de que podían leer los patrones como una especie de firma para identificar las diferentes señales emitidas. Todo el proceso se puede llevar a cabo con pequeños dispositivos dentro del microchip que leen las ondas de terahercios.

"En lugar de leer directamente las ondas, estamos interpretando los patrones creados por las ondas", dijo Sengupta. "Es como buscar un patrón de gotas de lluvia por las ondulaciones que hacen en un estanque."

El próximo desafío de este campo es crear una amplia gama de longitudes de onda dentro de la banda terahertz, detectables por el microchip. “En este momento estamos trabajando con la parte inferior de la banda terahertz", dijo Xue Wu, un estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en Princeton y autor de ambos artículos.

Hans Huerto

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