Crean un detector capaz de ver a través de los objetos sólidos

Crean un detector capaz de ver a través de los objetos sólidos

Publicado por el sep 10, 2014

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El prototipo de grafeno es tan sensible que puede ver con toda claridad lo que hay bajo las ropas, la piel o al otro lado de un muro.

Un equipo de científicos de la Universidad de Maryland ha logrado desarrollar un detector de luz tan sensible que es capaz de ver con toda claridad lo que hay bajo las ropas o la piel, al otro lado de un muro o a través de una multitud de otros objetos sólidos. Su hallazgo ha sido posible gracias a las propiedades únicas del grafeno, una forma bidimensional del carbono que apenas tiene un átomo de grosor, y se acaba de publicar en Nature Nanotechnology.

El prototipo construido por los científicos es capaz de captar luz y ver en una extraordinaria variedad de anchos de banda, incluida una especialmente difícil de detectar, en el rango de los terahercios, que por supuesto no es visible por el ojo humano.

El autor principal del trabajo, Xinghan Cai, físico de la Universidad de Maryland, asegura que los detectores que se puedan fabricar a partir del prototipo hallarán múltiples aplicaciones en los campos de las comunicaciones móviles, el diagnóstico por imagen, la visión nocturna o la seguridad.

La luz que podemos ver y que ilumina los objetos cotidianos que nos rodean ocupa un espacio muy pequeño entre todas las longitudes de onda y frecuencias que existen, y que van desde los rayos gamma a los infrarrojos, pasando por los rayos X o las microondas. En el rango de los terahercios, entre las microondas y el infrarrojo, la luz es capaz de pasar a través de materiales que normalmente consideramos opacos (ya que la luz visible no los atraviesa) tales como la piel, el plástico, la ropa o el cartón. Y se puede utilizar también para identificar firmas químicas que emiten luz solo a esas frecuencias.

A pesar de su inmenso potencial, en la actualidad existen muy pocas aplicaciones prácticas para los detectores de terahercios. Y ello se debe, en gran parte, a la extremada dificultad que existe para detectar ondas luminosas en este rango de frecuencias. Para lograrlo, en efecto, es necesario que los detectores estén en un ambiente extraordinariamente frío (del orden de los 269 grados bajo cero). También existen detectores capaces de funcionar a temperatura ambiente, pero son muy voluminosos, lentos y prohibitivamente caros, por lo que quedan fuera del alcance de la inmensa mayoría de los laboratorios.

Pero el detector desarrollado por los científicos de la Universidad de Maryland, junto con el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos, es diferente, a pesar de que es capaz de funcionar a temperatura ambiente. La razón es que utiliza grafeno, una capa de átomos de carbono interconectados y que solo tiene el espesor de un átomo. Gracias a sus propiedades únicas, los investigadores han sido capaces de incrementar la velocidad y mantener la sensibilidad del detector incluso a temperatura ambiente y trabajando con ondas de luz en el rango de los terahercios.

De esta forma, los científicos han logrado crear un dispositivo que es igual de sensible que cualquier detector que opere en el mismo rango y a temperatura ambiente, pero más de un millón de veces más rápido.

El grafeno, una finísima capa de carbono puro de apenas un átomo de grosor, es especialmente apropiado para un detector de luz en estas frecuencias. porque cundo la luz es absorbida por los electrones suspendidos en el entramado de celdillas del grafeno no pierden su calor, sino que lo retienen.

Para Dennis Drew, uno de los autores del estudio, el concepto en el que se basa el detector es muy simple: “La luz es absorbida por los electrones en el grafeno, que se calientan pero que no pierden su energía facilmente. Por lo que siguen estando calientes al mismo tiempo que el entramado atómico de la malla de carbono permanece frío”. Estos electrones calientes escapan del grafeno a través de conductores eléctricos, de la misma forma en que el vapor escaparía de una tetera hirviendo.

El prototipo usa dos tipos de conductores eléctricos hechos de metales diferentes, y que conducen, por lo tanto, a los electrones en cantidades diferentes. Debido a esta diferencia de conductividad, muchos electrones escaparán a través de uno o de otro conductor, produciendo una señal eléctrica.

Y es esa señal eléctrica la que, precisamente, detecta la presencia de la luz en el rango de los terahercios bajo la superficie de materiales que, al ojo humano, o incluso a los rayos X, parecen opacos. Por ejemplo, nadie puede ver a través de su propia piel, y aunque los rayos X sí que pueden, solo revelan los huesos, sin ser capaces de ver las capas de tejido que hay inmediatamente bajo la piel. Pero en el rango de los terahercios, la luz sí que puede ver lo que hay entre medias.

Por supuesto, las aplicaciones de esta clase de detectores son inmensas, y no solo en el campo del diagnóstico médico. Poder ver lo que hay “al otro lado” de un obstáculo, o bajo la ropa de alguien sin tener siquiera que acercarse, es algo que cambiará para siempre los conceptos de seguridad (y de intimidad) en la sociedad de dentro de unos años.

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