Logran la radiación ionizante más fuerte del mundo en la banda del terahercio

Situada entre la banda de las microondas y la de los infrarrojos del espectro electromagnético, la banda del terahercio está hallando rápidamente prometedoras aplicaciones en espectroscopia, imagen, detección y comunicación, gracias al desarrollo de nuevas fuentes y detectores de radiación en la banda del terahercio.

Por otra parte, las fuentes de radiación de alta intensidad en la banda del terahercio son esenciales para observar y quizá aprovechar nuevas interacciones entre esa radiación y la materia, en las cuales las intensidades de campo eléctrico y/o magnético desempeñan un papel clave.

Un equipo internacional encabezado por Hyeongmun Kim, del Instituto de Investigación en Fotónica Avanzada (GIST) en Gwangju, Corea del Sur, ha creado el campo de radiación del orden del terahercio más intenso del mundo logrado hasta ahora, con 260 megavoltios por centímetro (MV/cm). Esta intensidad es el valor más alto alcanzado hasta ahora en frecuencias del orden del terahercio (entre 0,1 y 20 terahercios), incluidos todos los tipos de fuentes de radiación de la banda del terahercio que utilizan láseres de electrones libres, láseres de otros tipos, aceleradores y otros sistemas.

A fin de producir pulsos de alta energía en la banda del terahercio, los científicos utilizaron un láser especial para convertir la radiación óptica en radiación de la banda del terahercio, en niobato de litio (LiNbO₃). Concretamente, utilizaron una oblea de niobato de litio de gran diámetro (75 milímetros) dopada con un 5% de óxido de magnesio (MgO), para producir radiación de la banda del terahercio con alto rendimiento energético.

Para que la conversión de radiación óptica a la del terahercio sea eficaz, hay que controlar otro factor importante: la adaptación de fase (o velocidad). Si el pulso láser óptico que genera la radiación del terahercio se propaga a la misma velocidad que las ondas de terahercios generadas en el niobato de litio, la energía resultante en la banda del terahercio puede crecer continuamente con la distancia de propagación.

Serie de perfiles de haces de 15 terahercios captados en varias posiciones a lo largo de la distancia de propagación cuando son enfocados por un espejo metálico cóncavo (a). Plasma de fluorescencia emitido desde un blanco sólido, irradiado por un pulso intenso en la banda del terahercio, y captado por una cámara (b). Imagen microscópica de una superficie semiconductora dañada por un pulso ionizante del orden del terahercio (c). (Imágenes: Hyeongmun Kim, Chul Kang, Dogeun Jang, Yulan Roh, Sang Hwa Lee, Joong Wook Lee, Jae Hee Sung, Seong Ku Lee, Ki-Yong Kim. CC BY)

Kim y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica “Light Science & Application”, bajo el título “Ionizing terahertz waves with 260 MV/cm from scalable optical rectification”. (Fuente: NCYT de Amazings)