La nueva visión nocturna en terahertz te permite ver tras las paredes y la piel

En un mundo sin filtros no hay secretos. Una muralla bloquea la posibilidad de ver sólo en virtud de las limitaciones de la visión, ya sea a través del ojo humano o de dispositivos mecánicos diseñados siguiendo los parámetros del ojo. Si, de alguna forma, los humanos pudiéramos ver las ondas de luz en todas las frecuencias (y que nos hagan sentido) podríamos verlo absolutamente todo.

Hemos desarrollado una impresionante colección de herramientas que nos permiten ver el mundo en distintas frecuencias de luz, ya sea a través de las longitudes de onda de los rayos X utilizadas en radiografías, o a través de escáners milimétricos de ondas (del tipo que permite ver a través de la ropa) como los usados ahora en aeropuertos. Mientras los humanos evolucionamos para ver cierto rango de longitudes de ondas por buenas razones, ya que ahí esta la información más útil sobre nuestro mundo físico y terrestre, la tecnología nos ha mostrado bastante más.

Pese a lo impresionante y espeluznantes que pueden parecer los escáners milimétricos, esto sólo es la superficie de la tecnología. Encima de estas altas frecuencias existe otro campo: la radiación terahertz. Conocida como radiación submilimétrica o rayos t, con ella es posible sondear mucho más profundamente el mundo invisible, yendo más allá de la ropa y traspasando piel, plástico, cartón y otros materiales opacos. Obtener estas ondas ha sido históricamente imposible en el sentido ingenieril, pero un grupo de investigadores de la Universidad de Maryland resolvieron unos de los problemas fundamentales de la detección de rayos t: la temperatura.

El avance del grupo  está descrito en la edición de hoy de Nature Photonics. El problema especifico es que los detectores de rayos t deben estar a temperaturas extremadamente bajas para ser usados, tan bajos como a -425 grados Fahrenheit. Por supuesto esto hace a la tecnología imposible de practicar en su forma actual y el resultado es lo que conocemos como "brecha terahertz", una región del espectro electromagnético entre microondas y luces infrarrojas que existe fuera de nuestras capacidades tecnológicas. Por lo tanto los rayos t son medidos usualmente a través de variables correlacionadas, o proxies.

La radiación terahertz es conocida como no ionizante, por ejemplo cuando un átomo es bombardeado con rayos t su respuesta no es deshacerse del nuevo electrón energizado, como podría ocurrir en el efecto fotovoltaico (lo que está detrás de la energía solar), sino que mantener ese electrón en su órbita. Con ningún lugar al que ir, este electrón incrementado enérgicamente (o "excitado") puede generar mucha radiación y calor destructivo.

Esta característica no ionizante es compartida por mucho del espectro electromagnético con el que interactuamos, incluida la luz visible. Pero es en las grandes energías de las ondas y microondas terahertz que encontramos sus capacidades destructivas. Esta es la barrera fundamental para no utilizar los rayos t, pero los investigadores tras el paper de hoy descubrieron que se soluciona el problema utilizando de forma novedosa el grafeno, aquel maravilloso material de un átomo de carbono de espesor.

El grafeno se comporta extrañamente cuando es usado dentro de un detector de rayos t. En cuanto las ondas de alta frecuencia (partículas) son absorbías por un electrón dentro de las rejas de grafeno, en vez de calentar el enrejado el electrón se rehusa a liberar la nueva energía. "La luz es absorbida por los electrones en el grafeno, el que sube su temperatura pero no pierde la energía fácilmente. Entonces se mantiene caliente mientras el enrejado permanece frío" dijo el profesor de física de la Universidad de Maryland, Dennis Drew.

Eventualmente esos electrones energizados deciden salir corriendo de sus hogares atómicos. Casi siempre los electrones dentro de un material expuestos a los rayos t reciben energía lentamente, para así poder botar el exceso a traer de los fotones (los fotones son la fuerza que moviliza las partículas de electrones), pero en este caso pueden guardar la energía hasta que tiene suficiente para dejar ir completamente. Esto es conocido como "el efecto fototermoelectrico de un electrón a alta temperatura." Estos electrones al escapar son recolectados como corriente eléctrica.

La corriente que sale de un detector de grafeno tiene una señal que puede ser interpretada en forma de imágenes. "Las imágenes terahertz pueden revelar interesantes características de distintos materiales a través de distintas propiedades absorbentes y dispersivas en el rango espectral, lo que podría revelar vibraciones biomoleculares"  explica un paper del 2010 hecho por investigadores del CERN. "La fuente de prueba podría mostrar la distribución de proteínas especificas del agua, el tejido o capas escondidas en semiconductores de metal, de forma completa y en tiempo real".

Los rayos t pueden ver a través de todo, pero justo lo suficiente para llegar al nivel deseado. No penetran tanto como las microondas, por ejemplo. También son destructivos del tejido biológico, como los rayos X. Ahora que el viejo cáñamo esta  a punto de transformarse en un grafeno análogo barato, el futuro de amplio despliegue gracias a los terahertz puede estar muy cerca.