Nuevo método para la generación de radiación terahertz dependiente de la temperatura
Uso en medicina y control de materiales
Físicos de las universidades de Augsburgo y Münster han presentado un nuevo tipo de emisor para generar radiación terahertz, que se puede encender o apagar variando la temperatura. En el futuro, podría permitir la construcción de fuentes de radiación de mayor intensidad. Hay un gran interés en esos emisores: la radiación terahertz puede utilizarse, por ejemplo, para hacer visibles los defectos de los materiales, para detectar armas bajo la ropa o para detectar células de cáncer de piel.
Dibujo esquemático del nuevo emisor. A bajas temperaturas (arriba), los electrones de hierro en las dos capas de hierro gadolinio tienen un giro opuesto. Por lo tanto, al pasar a las capas exteriores de platino, los electrones de la capa derecha se desvían hacia la izquierda, mientras que los de la capa izquierda se desvían hacia la derecha (en la capa de tungsteno del medio, la dirección de la desviación es exactamente la opuesta). Los pulsos de corriente resultantes se rectifican, y la radiación se amplifica. Por otra parte, a altas temperaturas (abajo), se generan pulsos de corriente opuestos, que casi se anulan entre sí.
Applied Physics Letters
Los rayos terahertz son ondas electromagnéticas, al igual que las ondas de radio o la luz. Lo que las diferencia es la frecuencia con la que oscilan: cien veces más lentas que la puesta de sol, pero diez mil veces más rápidas que un radiotransmisor. No son, si se quiere, ni peces ni aves. Y es precisamente esta característica la que hace que sea tan difícil acceder a ellos: son muy difíciles de generar usando láseres o una antena.
Las fuentes de terahercios son comparativamente ineficientes y caras. Sin embargo, hace unos años, los físicos de la Universidad Libre de Berlín presentaron un método alternativo para generar radiación de terahercios. Permite la construcción de emisores mucho más compactos y rentables. Un equipo de investigadores dirigido por el Profesor Manfred Albrecht de la Universidad de Augsburgo y el Profesor Rudolf Bratschitsch de la Universidad de Münster han desarrollado ahora este método.
El núcleo del nuevo concepto es el llamado emisor espintrónico, muy similar al que se diseñó originalmente en Berlín. En su versión básica, consiste en dos capas metálicas extremadamente finas, una de las cuales es magnética. Los metales contienen portadores de carga, llamados electrones. Se pueden imaginar como pequeños trompetistas que difieren en su dirección de rotación (su "spin").
Con los pulsos de láser de ultrasonidos, algunos de los electrones de la capa magnética pueden ser empujados para que empiecen a migrar. Algunos de ellos entran en la capa no magnética. "Aquí es donde se produce el efecto Hall de espín inverso", explica Mario Fix, que está completando su doctorado en el grupo de investigación del Prof. Albrecht en la Cátedra de Física Experimental IV de la Universidad de Augsburgo. "Esto lleva a una desviación de los electrones - la dirección en la que se desvían depende de su espín." El pulso de corriente ultracorta que se crea por lo tanto va acompañado de la emisión de una onda de terahercio.
Este mecanismo se conoce desde hace varios años. Los físicos de las Universidades de Augsburgo y Münster han ampliado el sándwich de metal. "Nuestro emisor tiene cinco capas, cada una de ellas de sólo unas millonésimas de milímetro de grosor", dice Mario Fix. "Dos de ellas son magnéticas, las otras tres no lo son."
La característica clave son los materiales que los investigadores utilizaron para las dos capas magnéticas. Aquí se utilizaron aleaciones de hierro y gadolinio de diferente composición. Entre otras cosas, éstas difieren entre sí en la dirección de los giros que tienen los electrones del hierro: a altas temperaturas, los giros de estos electrones móviles apuntan en la misma dirección en ambas capas magnéticas. Sin embargo, a temperaturas más bajas, están orientados en direcciones opuestas.
"Esto asegura que a bajas temperaturas, las corrientes creadas por el efecto Hall de espín inverso tienen la misma dirección", explica Fix. En otras palabras, se refuerzan mutuamente: la intensidad de la radiación terráquea emitida aumenta. Si, por el contrario, la temperatura se eleva por encima de un cierto límite, algunas de las corrientes cambian de dirección y, por lo tanto, casi anulan el efecto de las otras: la intensidad de la radiación disminuye considerablemente. El emisor puede así ser controlado cambiando la temperatura.
En principio, debería ser posible construir fuentes de radiación más fuertes con el concepto mostrado. Sin embargo, el estudio se ocupa en primer lugar de demostrar que el proceso funciona. Los científicos quieren ahora aumentar aún más la intensidad de la radiación seleccionando hábilmente los metales relacionados y variando el grosor de sus capas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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