Un equip internacional d’investigadors, amb participació de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) han fet un gran avenç en el que podria ser una de les formes de comunicació més importants del futur. En un article a ‘Nano Letters’, expliquen com han demostrat que els materials basats en el grafè poden servir per convertir senyals d’alta freqüència en llum visible, un mecanisme ultraràpid i ajustable i que podria tenir moltíssimes aplicacions en les tecnologies de la informació i la comunicació en un futur proper.
Una necessitat importantíssima per a la comunicació 6G
Convertir senyals d’un règim de freqüència a un altre és crucial per a diverses tecnologies, especialment en telecomunicacions. Així, per exemple és habitual que les dades processades per aparells electrònics es transmetin com a senyals òptiques a través de la fibra de vidre. Per aconseguir una ràtio de transmissió de dades més alta, però, els sistemes de comunicació 6G del futur hauran d’etendre la freqüència portadora més enllà dels 100GHz i fins al rang dels terahertzs, una part de l’espectre electromagnètic que queda entre les microones i la llum infraroja.
El problema és que les ones en la freqüència dels terahertzs només poden transmetre dades a través de distàncies molt limitades i, per tant, cal una manera ràpida i senzilla de convertir-les en llum visible o infraroja per tal que també pugui ser transportada amb fibra òptica. Un mecanisme que, a més, també podria beneficiar altres tecnologies com les de la imatge o els sensors.
Uns materials molt prometedors
El que falta, de moment, és un material que pugui fer aquesta conversió. Fa poc, però, que aquest equip va identificar la forta resposta no-lineal dels anomenats materials de Dirac, com ara el grafè i els aïllants topològics, als polsos de llum en terahertzs. Aquesta resposta es manifesta en una generació d’harmònics elevats altament eficients, és a dir, de llum amb un múltiple de la freqüència original. Tot i que aquests harmònics encara són en el rang dels terahertzs, també s’han fet les primeres observacions d’emissions de llum visible del grafè en ser excitat amb terahertzs i infraroigs.
Fins ara, aquest efecte havia estat molt ineficient i se’n desconeixien els mecanismes físics subjacents, però aquest nou estudi no només hi dóna una explicació sinó que també mostra com l’emissió de llum es pot millorar molt fent servir el que anomenen ‘grafè altament dopat’ o fent servir un material basat en el grafè amb una estructura concreta que tingui les propietats desitjades. A més, els investigadors també han observat que, en aquest cas, la conversió és molt ràpida, en menys d’un nanosegon, i han trobat la manera de controlar-la.
Molt de camí per recórrer
Tant la possibilitat d’ajustar aquesta conversió de terahertzs a llum visible com la seva rapidesa tenen un potencial enorme pel que fa a les aplicacions en tecnologies de la informació i de la comunicació. Gràcies a aquest mecanisme termodinàmic ultraràpid, totes les tecnologies que requereixen velocitats extremadament altes de conversió de senyals podrien beneficiar-se’n moltíssim.
