Los superconductores podrían llenar el «vacío» de los terahercios
El rango de frecuencias de THz del espectro electromagnético se utiliza poco. Los dispositivos semiconductores no pueden generar frecuencias tan elevadas y este rango es demasiado bajo para los láseres de estado sólido. Sin embargo, existen muchas aplicaciones posibles para dispositivos que funcionen a entre 0,3 y 30 THz en campos que van desde la astronomía o la biología a la física y la química. Esta gran cantidad de aplicaciones atrajo la atención de un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea que, en el marco del proyecto THZ RADIATION (Controlling terahertz radiation using layered superconductors), mostraron que los vórtices Josephson que se desplazan por superconductores en capas modulados periódicamente pueden generar radiación de THz. Las uniones Josephson, que se obtienen con un «sándwich» de una lámina delgada de material aislante entre dos de superconductores, presentan efectos cuánticos inusuales. En concreto, la tensión aplicada a través de una de estas uniones establece una corriente oscilante, que hace que la unión emita fotones con una frecuencia que se corresponde con la banda prohibida de energía del superconductor. En otras palabras, las uniones Josephson generan radiación electromagnética. Sincronizar las uniones y obtener un haz de radiación coherente con las longitudes de onda en fase resulta difícil. Mediante simulaciones avanzadas por ordenador, los investigadores estudiaron los efectos de puntos magnéticos ordenados fuera de plano sobre la radiación emitida y hallaron que aplicar una corriente alterna (CA) y una continua (CC) podría resolver este problema. Al igual que en un láser, el truco para lograr que la emisión se produzca en fase es variar la tensión aplicada hasta que la frecuencia emitida coincida con la frecuencia característica del sistema. En esta frecuencia, las oscilaciones inducidas por la red de vórtices de las distintas capas están en fase. En particular, se «anima» a las uniones a sincronizarse cuando los vórtices en movimiento forman una red rectangular. No es posible observar sincronizar de fase incluso aunque haya pequeñas desviaciones de las paredes laterales del sistema respecto de su posición vertical. Los investigadores buscaron otras condiciones iniciales y de frontera que afectasen al comportamiento colectivo de las matrices de uniones Josephson. Su finalidad era identificar los factores que contribuyen a una dinámica menos ordenada de la red de vórtices Josephson cuadrada. Los hallazgos del proyecto THZ RADIATION abrirán el camino hacia el desarrollo de dispositivos que emitan radiación de THz cuya frecuencia y potencia se podría ajustar en una amplia gama de valores. Una potencia disponible mayor mejoraría la relación señal-ruido y, así, daría lugar a una detección y captación de imágenes más rápida y fiable.
Palabras clave
Superconductores, radiación electromagnética, rango de frecuencias de THz, uniones Josephson, THZ RADIATION, detección, captación de imágenes
