domingo, 3 de abril de 2022

Como las ondas de terahertz podrían cambiar tu vida

Hay una brecha en el espectro electromagnético que los ingenieros no pueden pisar. El espectro cubre todo, desde ondas de radio y microondas, hasta la luz que llega a nuestros ojos, rayos X y rayos gamma.  (*)


Configuración láser de terahercios con luces verdes y maquinaria plateada en una habitación oscura Ingenieros de Harvard, el MIT y el Ejército de los EE. UU. crearon esta configuración láser experimental de terahercios en 2019. Se encuentran entre los pocos que lo han hecho, como vemos en la foto arriba. 

Y los humanos han dominado el arte de enviar y recibir casi todos. Sin embargo, hay una excepción.  

Entre los haces de luz visible y los destellos de la estática de radio, existe una zona muerta donde nuestra tecnología no es efectiva. Se llama la brecha de terahercios. Desde hace décadas, nadie ha logrado construir un dispositivo de consumo que pueda transmitir ondas de terahertz.


 
“Hay una larga lista de aplicaciones potenciales”, dice Qing Hu, ingeniero eléctrico del MIT. Pero algunos investigadores están progresando lentamente. Si mantienen el aterrizaje, podrían abrir un conjunto completamente nuevo de tecnologías, como el sucesor de Wi-Fi o un sistema de detección más inteligente para el cáncer de piel. 

El misterio del terahercio(Terahertz). Mire la brecha de terahercios como una frontera. En el lado izquierdo, hay microondas y ondas de radio más largas. En el lado derecho se encuentra el espectro infrarrojo. (Algunos científicos incluso llaman a la brecha de terahercios "infrarrojo lejano"). 

Nuestros ojos no pueden ver el infrarrojo, pero en lo que respecta a nuestras tecnologías, es como la luz. Las ondas de radio son cruciales para la comunicación, especialmente entre dispositivos electrónicos, lo que las hace universales en la electrónica actual. 

La luz alimenta las fibras ópticas que sustentan Internet. Estos reinos de la tecnología generalmente se alimentan de diferentes longitudes de onda y coexisten con dificultad en el mundo moderno. Pero ambos reinos luchan por adentrarse en la zona neutral de terahercios. 

Los componentes electrónicos estándar, como los chips de silicio, no pueden hacer su trabajo lo suficientemente rápido como para generar ondas de terahercios. Las tecnologías productoras de luz como los láseres, que se sienten como en casa en el infrarrojo, tampoco funcionan con ondas de terahercios. Peor aún, las ondas de terahercios no duran mucho en la atmósfera de la Tierra: el vapor de agua en el aire tiende a absorberlas después de unos pocos metros. 

Hay algunas longitudes de onda de terahercios que pueden atravesar el vapor de agua. Los astrónomos han construido telescopios que capturan esas bandas, que son especialmente buenos para ver el polvo interestelar. Para un mejor uso, esos telescopios deben estar estacionados en los lugares más altos y secos del planeta, como el desierto de Atacama en Chile, o fuera de la atmósfera en el espacio. 

El resto de la brecha de terahercios está envuelto en niebla. Investigadores como Hu están tratando de solucionar esto, pero no es fácil. Ingeniería de ondas de terahercios Cuando se trata de aprovechar las ondas de terahercios, el mundo de la electrónica se enfrenta a un problema fundamental. 

Para entrar en la brecha, los chips de silicio de nuestra electrónica deben pulsar rápidamente, a billones de ciclos por segundo (por lo tanto, un terahercio). Los chips de su teléfono o computadora pueden funcionar perfectamente bien a millones o miles de millones de ciclos por segundo, pero les cuesta alcanzar los billones. 

Los componentes de terahercios altamente experimentales que funcionan pueden costar tanto como un automóvil de lujo. Los ingenieros están trabajando para bajar los precios. El otro reino, el mundo de la luz, ha buscado durante mucho tiempo fabricar dispositivos como láseres que pudieran crear ondas de terahercios a frecuencias específicas de manera económica. Los investigadores hablaban sobre cómo hacer un láser de este tipo ya en la década de 1980. Algunos pensaron que era imposible. Pero Hu, del MIT, no lo creía así. “No sabía nada sobre cómo hacer láseres”, dice. Aún así, hacer este tipo de láser se convirtió en su búsqueda. Luego, en 1994, los científicos inventaron el láser de cascada cuántica, que era particularmente bueno para generar luz infrarroja. Todo lo que Hu y sus colegas tenían que hacer era empujar el láser hacia las ondas más largas del infrarrojo lejano. 

Alrededor de 2002, lograron fabricar un láser de cascada cuántica de terahercios. Pero había una trampa: el sistema necesitaba temperaturas de alrededor de -343 grados Fahrenheit para disparar. También requería nitrógeno líquido para funcionar, lo que dificultaba su uso fuera del laboratorio o entornos criogénicos. En las dos décadas posteriores, ese umbral de temperatura se ha elevado. 

Los últimos láseres del laboratorio de Hu funcionan a una temperatura más suave de 8 grados Fahrenheit. Esa no es la temperatura ambiente, pero es lo suficientemente cálida como para que el láser se pueda enfriar dentro de un refrigerador portátil y sacarlo del laboratorio. Mientras tanto, en 2019, un equipo de Harvard, el MIT y el ejército de los EE. UU. crearon un láser de terahercios del tamaño de una caja de zapatos que puede alterar el gas molecular.



En el tiempo que le tomó a Hu afinar su láser, la electrónica también ha progresado. Los avances en la forma en que se construyen los chips y los materiales que los componen los han empujado a funcionar cada vez más rápido. (Un chip de nanoplasma fabricado por un grupo en Suiza en 2020 pudo transmitir 600 milivatios de ondas de terhercios, pero nuevamente, solo en el laboratorio). 

Si bien los ingenieros eléctricos quieren ver más progreso, diseñar componentes de terahercios no es el sueño lejano que una vez lo fue. “Ahora podemos realmente hacer sistemas realmente complicados en el chip”, dice Ruonan Han, ingeniero eléctrico del MIT. “Así que creo que el panorama está cambiando”. “Lo que ha sucedido en los últimos treinta años es que se han logrado avances desde ambos extremos”, dice Mark Sherwin, físico de la Instalación de Terahercios de la Universidad de California, Santa Bárbara. “Todavía es relativamente raro, pero yo diría que es mucho, mucho, mucho más común… y mucho más fácil”. 

Tales escalas de tiempo de décadas son comunes en un mundo donde las nuevas tecnologías giran en ciclos de exageración y decepción. Entre los ingenieros, los terahercios no son una excepción. El futuro de la tecnología de terahercios Por ahora, los dos reinos que intentan ingresar a la zona oscura de terahercios desde cualquier extremo permanecen en gran medida separados. Aun así, le están dando al mundo de la ciencia nuevas habilidades en una amplia gama de disciplinas. 

Algunas de esas habilidades podrían acelerar la comunicación. Su Wi-Fi funciona con microondas: los terahercios, con frecuencias más altas que las microondas, podrían forjar una mejor conexión que es mucho más rápida. A través de un cable, también podría crear un cruce ultrarrápido entre USB y fibra óptica. 

Las ondas de terahercios también son ideales para detectar sustancias. "Casi todas las moléculas tienen un espectro de 'huella digital' en el rango de frecuencia de terahercios", dice Sherwin. Eso hace que las ondas de terahercios sean óptimas para detectar sustancias químicas como explosivos y las moléculas de los medicamentos. 

Los astrónomos ya utilizan esa capacidad para observar las composiciones químicas del polvo cósmico y los objetos celestes. Más cerca de la Tierra, Han imagina una "nariz electrónica" de terahercios que incluso podría detectar olores en el aire. Esas firmas de terahercios también hacen que el infrarrojo lejano sea ideal para escanear personas y objetos. 

Las ondas de terahercios pueden ver a través de cosas que la luz no puede, como la ropa, con la ventaja de evitar la radiación ionizante potencialmente dañina como los rayos X. Los inspectores de seguridad ya han mostrado interés en la tecnología. La única característica de exploración de la que carecen las ondas de terahercios es que no pueden atravesar el agua, ni en el aire ni en el cuerpo humano. Pero eso no es obstáculo para la medicina. 

Un médico podría usar un dispositivo de terahercios para detectar signos sutiles de cáncer de piel que los rayos X podrían pasar por alto; o un neurocientífico podría usarlo para escanear el cerebro de un ratón. Más cerca de la Tierra, Han imagina una "nariz electrónica" de terahercios que incluso podría detectar olores en el aire. Hu cree que la investigación aún es temprana. “Si podemos desarrollar herramientas que realmente puedan ver algo y no tarden una eternidad en escanear un área, eso realmente podría atraer a los profesionales potenciales a jugar con eso”, dice. “Esa es una pregunta abierta”. 

Gran parte de la brecha de terahercios (terahertzs) sigue siendo un espacio en blanco en los mapas de los investigadores, lo que significa que los equipos que utilizan las codiciadas ondas infrarrojas lejanas aún no son comunes. "Los investigadores realmente no tienen muchas posibilidades de explorar en qué pueden ser buenas [las ondas de terahercios]", dice Han. Entonces, por ahora, el mundo más rápido y sensible dentro de la brecha permanece en gran medida en su imaginación.

 

Hasta siempre.

Carlos Tigre sin Tiempo (C.V.P.) 

 

(*) =  https://www.popsci.com/science/terahertz-waves-future-technologies/?utm_source=pocket-newtab

 

No hay comentarios:

Publicar un comentario