Un sustituto a los rayos X

Estos dispositivos se basan en el concepto de cascada cuántica y se benefician de las singulares propiedades del ZnO para conseguir funcionamiento a alta temperatura / Zoterac

Hacia una nueva era en la emisión y detección de radiación de terahercios

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La UPM participa en el proyecto europeo de investigación ZOTERAC, cuya tecnología podría reemplazar a los rayos X convencionales en el campo de la medicina o mejorar la detección de armas y explosivos, entre otras numerosas utilidades.

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UPM / El proyecto europeo de investigación ZOTERAC aspira a inaugurar una nueva era en la emisión y la detección de radiación de terahercios (THz). La tecnología que surja podría reemplazar a los rayos X convencionales en el campo de la medicina. También serviría, entre otras numerosas aplicaciones, para mejorar la detección de armas y explosivos. Adrián Hierro, del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM), lidera la participación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en este proyecto, en el que están implicadas cinco instituciones de cuatro países europeos.

Podrían reemplazar a los rayos X convencionales para la radiología, la detección efectiva de cáncer epitelial o la obtención de una imagen dental mejorada

El objetivo de ZOTERAC -acrónimo de Zinc Oxide For TeraHertz Cascade Devices(óxido de zinc para dispositivos de cascada en los terahercios)- es desarrollar, mediante nanoingeniería, semiconductores basados en el óxido de zinc (ZnO) para conseguir, por una parte, láseres de terahercios que emitan una potencia de mW a temperatura ambiente y, por otra parte, fotodetectores de THz que funcionen a temperaturas mayores que la actual tecnología de GaAs. Estos dispositivos se basan en el concepto de cascada cuántica y se benefician de las singulares propiedades del ZnO para conseguir funcionamiento a alta temperatura.

En la región espectral de los terahercios, que se encuentra entre las regiones de los infrarrojos y las microondas, hay muchos materiales que son semitransparentes y que pueden ser detectados, identificados y analizados. Esto abre el camino para que estas radiaciones no-ionizantes puedan encontrar nuevas aplicaciones en el campo de la medicina, donde podrían reemplazar a los rayos X convencionales para la radiología, la detección efectiva de cáncer epitelial o la obtención de una imagen dental mejorada.

Grupo de investigadores del ISOM-UPM que participa en el proyecto ZOTERAC.
Grupo de investigadores del ISOM-UPM que participa en el proyecto ZOTERAC.

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Asimismo, la capacidad de detectar armas y explosivos, aunque estén escondidos con papel, plástico, madera o incluso hormigón, hace de los THz uno de los rangos más excitantes del espectro electromagnético. La radiación de THz también encuentra aplicaciones en astrofísica, biología, inspección de alimentos, control de procesos o detección de drogas, puesto que muchas moléculas tienen absorciones características en el rango de los THz.

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El fenómeno de cascada cuántica

Sin embargo, al rango de los THz se le conoce frecuentemente como “la brecha de los THz” por la falta de dispositivos semiconductores compactos en este rango de frecuencias. Un requisito imprescindible para que puedan aparecer aplicaciones para el público en el estratégico rango de los THz es la disponibilidad de fuentes semiconductoras de tamaño compacto que funcionen a temperatura ambiente, algo que está fuera del alcance de la tecnología actual basada enGaAs.

Una estrategia radicalmente nueva y rompedora basada en una nueva familia de materiales: la familia del ZnO

Los candidatos más prometedores para convertirse en los dispositivos de THz del mañana son los láseres y fotodetectores basados en el fenómeno de cascada cuántica, un concepto propuesto a principios de los años setenta del siglo pasado. El objetivo de ZOTERAC es el desarrollo de estos dispositivos, pero no simplemente proponiendo pequeñas mejoras respecto del rendimiento de los dispositivos de cascada cuántica actuales, sino con una estrategia radicalmente nueva y rompedora basada en una nueva familia de materiales: la familia del ZnO.

El proyecto ZOTERAC, que arrancó el pasado mes de septiembre, cuenta con una financiación de 3,8 millones de euros, concedida por la Unión Europea dentro de su programa Horizon 2020. Acompañan a la UPM en esta empresa cuatro instituciones líderes en su campo: el Centre National de la Recherche Scientifique – Centre de Recherche sur l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CNRS-CRHEA), coordinador del proyecto;la Université Paris Sud –Institut d’Électronique Fondamentale (UPS-IEF), la Technische Universität Wien (TUW) y la Eidgenoessische Technische Hochschule Zürich (ETH).

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