Un equipo internacional de investigadores, con participación de la Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) han hecho un gran adelanto en el que podría ser una de las formas de comunicación más importantes del futuro. En un artículo a ‘Nano Letters’, explican cómo han demostrado que los materiales basados en el grafeno pueden servir para convertir señales de alta frecuencia en luz visible, un mecanismo ultrarrápido y ajustable y que podría tener muchísimas aplicaciones en las tecnologías de la información y la comunicación en un futuro próximo.
Una necesidad importantísima para la comunicación 6G
Convertir señales de un régimen de frecuencia a otro es crucial para varias tecnologías, especialmente en telecomunicaciones. Así, por ejemplo es habitual que los datos procesados por aparatos electrónicos se transmitan como señales ópticas a través de la fibra de vidrio. Para conseguir una ratio de transmisión de datos más alta, pero, los sistemas de comunicación 6G del futuro tendrán que etendre la frecuencia portadora más allá de los 100GHz y hasta el rango de los terahertzs, una parte del espectro electromagnético que queda entre las microondas y la luz infrarroja.
El problema es que las olas en la frecuencia de los terahertzs solo pueden transmitir datos a través de distancias muy limitadas y, por lo tanto, hace falta una manera rápida y sencilla de convertirlas en luz visible o infrarroja para que también pueda ser transportada con fibra óptica. Un mecanismo que, además, también podría beneficiar otras tecnologías como las de la imagen o los sensores.
Unos materiales muy prometedores
El que falta, de momento, es un material que pueda hacer esta conversión. Hace poco, pero, que este equipo identificó la fuerte respuesta no-lineal de los llamados materiales de Dirac, como por ejemplo el grafeno y los aislantes topológicos, a los pulsos de luz en terahertzs. Esta respuesta se manifiesta en una generación de armónicos elevados altamente eficientes, es decir, de luz con un múltiplo de la frecuencia original. A pesar de que estos armónicos todavía son en el rango de los terahertzs, también se han hecho las primeras observaciones de emisiones de luz visible del grafeno al ser excitado con terahertzs e infrarrojos.
Hasta ahora, este efecto había estado muy ineficiente y se desconocían los mecanismos físicos subyacentes, pero este nuevo estudio no solo da una explicación sino que también muestra como la emisión de luz se puede mejorar mucho usando el que denominan ‘grafeno altamente dopado’ o usando un material basado en el grafeno con una estructura concreta que tenga las propiedades deseadas. Además, los investigadores también han observado que, en este caso, la conversión es muy rápida, en menos de un nanosegundo, y han encontrado la manera de controlarla.
Mucho de camino para recorrer
Tanto la posibilidad de ajustar esta conversión de terahertzs a luz visible como su rapidez tienen un potencial enorme en cuanto a las aplicaciones en tecnologías de la información y de la comunicación. Gracias a este mecanismo termodinámico ultrarrápido, todas las tecnologías que requieren velocidades extremadamente altas de conversión de señales podrían beneficiarse muchísimo.
