(Noticias de Nanowerk) Los investigadores están trabajando para desbloquear el inmenso potencial de ondas de terahercios para aplicaciones que van desde imágenes médicas hasta comunicaciones inalámbricas. Sin embargo, controlar eficazmente el estado de polarización de estas ondas electromagnéticas de alta frecuencia sigue siendo un desafío duradero. Los enfoques convencionales que se basan en cristales birrefringentes naturales o placas de ondas dieléctricas se ven obstaculizados por anchos de banda operativos estrechos, hardware voluminoso y susceptibilidad a sufrir daños. Estas limitaciones han estrangulado el progreso hacia sistemas de terahercios comercialmente viables que explotan plenamente la información codificada en la polarización de ondas electromagnéticas. Avances recientes en metamateriales –estructuras artificiales diseñadas con propiedades inalcanzables en la naturaleza– han traído nuevas esperanzas. Los conjuntos de metamateriales cuidadosamente diseñados permiten a los investigadores superar las limitaciones de los materiales naturales y ejercer un control sin precedentes sobre la propagación de ondas de terahercios. Aprovechando este impulso, investigadores de la Universidad de Tianjin han demostrado ahora un convertidor de polarización de metamaterial totalmente de silicio con un rendimiento récord en un rango de frecuencia excepcionalmente amplio. Como se detalla en su artículo publicado en Fronteras de la optoelectrónica ("Un diseño totalmente de silicio de un convertidor de polarización transmisivo de terahercios de banda ancha de alta eficiencia"), el ingenioso diseño del equipo logra una eficiencia de conversión de polarización superior al 80 % en el amplio ancho de banda de 1.00 a 2.32 THz. Por contexto, este rango representa más del doble del ancho operativo de los demostradores anteriores más avanzados. Diagrama esquemático de la microestructura en forma de cruz diseñada. a Esquema del convertidor propuesto. b Estereografía de microestructura. Aquí, h representa la altura; H es el espesor del sustrato; a – d muestran el largo y el ancho; P es el período; θ es el ángulo incluido entre el eje secundario en forma de cruz y el eje x; t es la longitud del silicio de alta resistencia. (© Fronteras de la optoelectrónica) En el corazón de este avance se encuentra una microestructura de silicio en forma de cruz, engañosamente simple, modelada sobre un sustrato dieléctrico. Al ajustar las dimensiones y la disposición periódica de estos elementos de longitud de onda inferior, los investigadores inducen una fuerte birrefringencia artificial, lo que provoca que diferentes polarizaciones de las ondas de terahercios incidentes acumulen diferentes cambios de fase a medida que pasan. La meticulosa optimización de los parámetros permitió al equipo alcanzar el punto óptimo donde las polarizaciones ortogonales desarrollan exactamente el desplazamiento de fase requerido para una rotación de polarización eficiente. Como todas las piezas están fabricadas con silicio utilizando técnicas litográficas estándar, los dispositivos son eminentemente fabricables. Sorprendentemente, al rotar dinámicamente la orientación de las metamoléculas en forma de cruz, los investigadores pueden cambiar activamente entre la conversión de polarización lineal a lineal y lineal a circular según sea necesario. Incluso la iluminación de terahercios de gran angular y fuertemente oblicua apenas degrada el rendimiento, lo que demuestra la solidez de los principios de diseño de sonido del equipo. La funcionalidad y el ancho de banda dramáticamente ampliados de estos manipuladores de polarización de metamateriales totalmente de silicio prometen dar nueva vida a los esfuerzos de comercialización de la tecnología de terahercios. La integración de estos dispositivos en espectrómetros de terahercios a escala de chip y sistemas de imágenes podría resultar verdaderamente transformador, desencadenando aplicaciones que van desde la investigación de materia condensada hasta el control de calidad farmacéutica. Con un mayor desarrollo, las capacidades sin precedentes de manejo de la polarización también pueden abrir nuevos horizontes en las comunicaciones inalámbricas de largo alcance. Al multiplexar múltiples flujos de datos en polarizaciones ortogonales, los enlaces de terahercios habilitados por metamateriales podrían aumentar drásticamente las capacidades de los canales para ayudar a satisfacer el aparentemente inexorable apetito de conectividad del mundo. Por supuesto, la implementación en el mundo real sigue siendo un objetivo lejano dada la etapa inicial de desarrollo. Pero al superar desafíos de larga data relacionados con el manejo eficiente de la polarización de terahercios de banda ancha, este avance representa un gran salto hacia tecnologías que alguna vez parecieron firmemente confinadas al ámbito de la ciencia ficción.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64314.php