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A más de medio siglo desde el primer láser, que disparó una revolución tecnológica en el campo de la óptica, un nuevo dispositivo promete hacer lo mismo para la acústica

Físicos del Reino Unido y Ucrania han construido el primer “saser”, o láser de sonido, capaz de generar sonidos a frecuencias de terahertz.

Un láser produce fotones que viajan en un apretado haz en vez de dispersarse como un haz de luz común. Un saser logra la misma para las ondas sonoras, dice Tony Kent en la Universidad de Nottingham, Reino Unido.


El saser produce un haz altamente enfocado similar a la manera en que un puntero láser produce un punto rojo sobre una pared (Imagen: Tony Kent y American Physics Society)

Aunque no es la primera vez que se construye un saser, éste es el primero capaz de producir haces en frecuencias de terahertz, mucho mayores que los utilizados para imágenes médicas de ultrasonido.

Los sonidos a frecuencias de terahertz pueden ser un curiosidad hoy, dice Kent, pero si somos capaces de producir haces controlables, se podrían generar nuevas ideas y aplicaciones.

“Hace cincuenta años, muchos científicos eminentes decían que la amplificación de luz por emisión de radiación estimulada [láser] no era más que una curiosidad científica”, dice Kent, pero los láseres se utilizan para todo, desde el almacenamiento digital y el tratamiento del cáncer a armamentos.

Kent trabajó con sus colegas Nottingham Mohamed Henini y Paul Walker, así como los físicos en la VE Lashkarev Instituto de Física de Semiconductores en Kiev, Ucrania, para diseñar y probar el dispositivo.

Amplificador de eco

El nuevo saser está formado por una pila de semiconductores, hecha de finas capas de arseniuro de galio y arseniuro de aluminio, alternadas. Para disparar el dispositivo, la parte superior del sándwich es expuesta a un intenso haz de luz. Esto excita los electrones en el material, que a continuación liberan ondas sonoras, o fonones.

Éstos llegan a la parte inferior del sándwich, donde rebotan en las interfaces entre las diferentes capas. La separación entre capas ha sido cuidadosamente elegida para que los débiles ecos se combinen en sonidos más fuertes en los que todos los fonones están sincronizados.

Estos potentes fonones se reflejan de nuevo hacia la parte superior del sándwich, donde interactúan con los electrones excitados de la luz, provocando la liberación de más fonones y amplificando la señal.

El resultado es la creación de una intensa serie de fonones sincronizados en el interior de la pila, que abandonan el dispositivo como un estrecho haz saser de ultrasonido de alta frecuencia.

Aunque ahora se utiliza luz para “bombear” el saser, se debería lograr el mismo efecto con electricidad, dice Kent.

Aún más rápido

Antes se habían producido haces de saser operando a frecuencias mucho más bajas, en las que el fonones oscilan mil millones de veces por segundo (gigahertz), en lugar de un billón de veces por segundo (terahertz). Sin embargo, han tenido poco impacto porque hay otros métodos de generación de sonido a esas frecuencias, afirma Kent. “El saser en frecuencias de terahertz podría tener un impacto mucho mayor, ya que es un rango en el que los otros métodos de generación de ondas de sonido coherente no están tan bien desarrollados”.

Su equipo diseñó y construyó un saser en 2006, pero hay pocas pruebas de que realmente trabajara. “Los resultados en nuestro nuevo artículo son la prueba más evidente de la producción de saser en terahertz”, dice.

El equipo analizó el funcionamiento del saser midiendo su efecto sobre una superficie a cierta distancia. Encontraron que causaba que los fonones a aparecieran en la superficie en un círculo confinado (ver imagen), el equivalente del punto de un puntero láser en una pared.

Chi-Kuang Sun es un especialista en láser en la Universidad Nacional de Taiwán en la ciudad de Taipei. “Es un gran trabajo”, dice, añadiendo que podría proporcionar una nueva forma para ver objetos muy pequeños. “Una fuente de fonones de alta energía coherente, como es el saser, es la mejor herramienta que puede lograr una sonda no invasiva para el desconocido nanomundo”.

Usando sasers para manipular los electrones dentro de los semiconductores podría dar como resultado procesadores de computadora que trabajasen a frecuencias de terahertz, mucho más rápido que la frecuencia de los chips en gigahertz de hoy, dice Kent.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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