Os materiais semicondutores modernos não permitem a criação de lasers compactos com uma faixa de operação de um a dez terahertz. Mas é precisamente essa faixa que é necessária para olhar “através da parede” – para detecção remota e até mesmo determinação da composição química de explosivos ocultos, drogas ou para detecção de tumores oncológicos. A solução foi encontrada por pesquisadores dos Estados Unidos, o que possibilitou a criação de um laser terahertz bastante compacto.
Laser terahertz portátil baseado em refrigerador térmico. Fonte da imagem: MIT
Cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveram uma combinação de multicamadas de materiais semicondutores que criou um laser terahertz compacto operando a 4 THz. É o chamado laser de cascata quântica, em que os elétrons funcionam como fonte de radiação ao passar de uma camada para outra em um semicondutor multicamada.
Os pesquisadores colocaram uma camada de arsenieto de gálio entre duas camadas de arsenieto de alumínio-gálio com um conteúdo maior de alumínio. A concentração dos materiais e a espessura das camadas foram selecionadas de forma que, ao passar entre as camadas, o elétron emitisse uma onda eletromagnética na faixa dos 4 THz. É importante ressaltar que o emissor operava a uma temperatura de resfriamento de -23 ° C, enquanto antes disso a radiação terahertz em tais heteroestruturas só podia ser obtida por resfriamento a -73 ° C. Menos -23 ° C é o que dá esperança para as instalações portáteis, embora para criar leitores terahertz compactos e portáteis seja necessário fazê-los funcionar em temperatura ambiente.
Imagem ampliada de uma estrutura emissora de laser Fonte da imagem: MIT
Segundo os cientistas, ao escolher o tamanho das camadas, é possível criar lasers com comprimento de onda de dois a sete terahertz. Desenvolvedores de redes 6G, aliás, também esperam por lasers terahertz semicondutores compactos. Esses lasers operando na faixa do infravermelho distante serão capazes de transmitir dados a um trilhão de bits por segundo em uma única fibra.