#1 Los nanotubos de carbono impulsan los detectores de terahercios [eng]

tnt80 — Sun, 10 Aug 2014 07:03:33 +0000

Cutre-traducción:

Investigadores de la Universidad Rice, Sandia National Laboratories y el Instituto de Tecnología de Tokio han desarrollado nuevos detectores de terahercios basados en nanotubos de carbono que podrían mejorar las imágenes médicas, control de pasajeros del aeropuerto, la inspección de alimentos y otras aplicaciones.

A diferencia de los detectores de terahercios actuales, los dispositivos son flexibles, sensibles a la polarización y tienen un amplio ancho de banda y tienen grandes zonas de detección. Operan a temperatura ambiente sin requerir energía.

El proyecto liderado por el físico del Rice Junichiro Kono y la científico Sandia François Léonard aprovecha el rango de terahercios del espectro electromagnético.

Debido a que las ondas de terahercios son mucho más pequeñas en energía que la luz visible, la búsqueda de materiales que absorben y convierten en señales electrónicas útiles ha sido un reto, dijo Kono. Ahora, las películas delgadas de nanotubos de carbono altamente alineados desarrollados en Rice se han configurado para actuar como sensores de terahercios compactos y flexibles.

La investigación fue publicada en la revista American Chemical Society Nano Letters.

Kono dijo que las ondas de terahercios penetran fácilmente la tela y otros materiales, y pueden proporcionar formas menos intrusivas para los controles de seguridad de personas y carga. La formación de imágenes por terahercios también podría ser utilizada para inspeccionar los alimentos sin afectar negativamente a su calidad.

Quizás la aplicación más emocionante que ofrece la tecnología de terahercios, dijo, es como un posible sustituto de la tecnología de imágenes por resonancia magnética (MRI) en la detección del cáncer y otras enfermedades.

"Las posibles mejoras en el tamaño, la facilidad, el costo y la movilidad de un detector basado en terahercios son fenomenales", dijo Kono. "Con esta tecnología, usted concebiblemente podría diseñar una cámara de detección por terahercios de mano que muestre los tumores en tiempo real con una precisión milimétrica. Y podría hacerse sin la naturaleza intimidante de tecnología de resonancia magnética ".

La comunidad científica ha estado durante mucho tiempo interesada en las propiedades de terahercios de nanotubos de carbono, dijo Léonard, pero prácticamente toda la investigación hasta la fecha ha sido teórica o basada en modelos por ordenador. Un puñado de papeles, incluyendo varios por Kono y su equipo Rice, han investigado los fenómenos de terahercios en nanotubos de carbono, pero los que se han centrado principalmente en el uso de uno o un haz de nanotubos.

El problema, Léonard dijo, es que la radiación de terahercios normalmente requiere una antena para conseguir un acoplamiento en un único nanotubo, debido al relativamente gran tamaño de las ondas de terahercios. Los investigadores, sin embargo, encontraron una manera de crear un pequeño detector que es visible para el ojo desnudo. La película delgada de nanotubos de carbono desarrollada por el químico de Rice Robert Hauge y autor principal del artículo, estudiante graduado Rice Xiaowei Él, no requiere de una antena, por lo que es susceptible de fabricación simple. Representa uno de los logros más importantes del equipo, dijo Léonard.

"Las películas de nanotubos de carbono delgadas son muy buenas absorbentes de luz electromagnética", explicó. En el rango de terahercios, la película, una mezcla de nanotubos metálicos y semiconductores, absorbe toda la radiación de terahercios entrante.

"Tratar de hacer eso con un tipo diferente de material sería casi imposible, ya que un semiconductor y un metal no podían coexistir en nanoescala a alta densidad", dijo Kono. "Pero eso es lo que hemos logrado con los nanotubos de carbono."

La técnica es clave, dijo, ya que combina las excelentes propiedades de absorción de terahercios de nanotubos metálicos y las propiedades electrónicas únicas de los nanotubos semiconductores. Esto permitió a los investigadores crear un fotodetector que no requiere energía para funcionar, con un rendimiento comparable a la tecnología existente.

Las películas de nanotubos de carbono alineados de 150 micrones de ancho y 2 milímetros de largo , fueron cultivadas por el a partir de líneas de catalizador de 2 micrones de ancho. La película resultante se dopó para crear una unión positiva / negativa y se unió a teflón de respaldo y electrodos de oro para la prueba. "La estructura es muy compacta y combina el absorbedor, el termómetro y el polarizador que los detectores de terahercios requieren en una sola pieza de la película", dijo.

A continuación, los investigadores necesitan integrar un generador de radiación terahertz independiente con el detector para aplicaciones que requieren una fuente, dijo Léonard. El equipo también tiene que incorporar la electrónica en el sistema y para mejorar aún más las propiedades del material de nanotubo de carbono.

Colaboradores del proyecto incluidos los investigadores que participan en NanoJapan, un programa de 12 semanas de verano que permite a estudiantes de primer y segundo año de física y de ingeniería de las universidades de Estados Unidos para completar estancias de investigación de nanociencia en Japón. NanoJapan esta financiado por la Fundación Nacional de Ciencia a través de la colaboración TeraNano basado en el Rice y Tokyo Tech. Este tipo de colaboraciones de investigación y proyección internacional se encuentran entre las prioridades de Rice para el Nuevo Siglo.

"Una característica distintiva de esta colaboración internacional de investigación es el énfasis que pone en la formación de la próxima generación de investigadores nanociencia terahertz", dijo Kono. "NanoJapan integra perfectamente la experiencia internacional con programas académicos de los estudiantes, proporcionando oportunidades prácticas para adquirir habilidades técnicas y conocimientos asociados a los proyectos de investigación de nanociencia de vanguardia y la óptica."

Los co-autores son estudiantes de posgrado de arroz Qi Zhang, Weilu Gao y undergradute Qijia Jiang; Naoki Fujimura y Yukio Kawano del Instituto de Tecnología de Tokio; NanoJapan participante Meagan Lloyd de Carnegie Mellon University; Kristopher Erickson y Alec Talin de Sandia National Laboratories; y Hauge, un compañero de facultad distinguida en química en la Universidad Rice. Kono es un profesor de ingeniería eléctrica e informática y de la física y la astronomía.

El Departamento de Energía, el Instituto Nacional para Nano Ingeniería de los Laboratorios Nacionales Sandia, el programa LANCER Lockheed-Martin Rice University, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Robert A. Welch financió la investigación.

» autor: tnt80

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