Generar y detectar radiación en el rango tecnológicamente relevante de la llamada brecha de terahercios (0,1–10 THz) es un desafío hoy en día debido a la falta de fuentes y detectores eficientes.
Los puntos cuánticos en nanotubos de carbono han mostrado un gran potencial para construir detectores sensibles de terahercios, generalmente basados en túneles asistidos por fotones. Un mecanismo recientemente descubierto que combina transiciones de puntos cuánticos resonantes y asimetrías de barrera de túnel da como resultado una respuesta de fotocorriente de ancho de línea estrecho con una gran relación señal/ruido bajo radiación THz débil. Ese dispositivo era sensible a una frecuencia, correspondiente a las transiciones entre estados cuantificados equidistantes.
En un artículo coordinado por el investigador de Ikerbasque Dario Bercioux y publicado en la prestigiosa Applied Physics Review, utilizando simulaciones numéricas junto con estudios de espectroscopia de túnel de barrido de un punto cuántico de nanotubos de carbono de pared simple en zigzag metálico inducido por defecto, se muestra que la rotura simultánea de varias simetrías en puntos cuánticos de nanotubos metálicos de quiralidad arbitraria relajan fuertemente las reglas de selección en la aproximación del dipolo eléctrico y eliminan las degeneraciones de energía. Esto conduce a un conjunto más rico de transiciones ópticas permitidas que abarcan frecuencias desde 1 THz hasta varias decenas de THz, para un punto cuántico de ∼10 nm.
Con base en estos hallazgos, en el artículo se propone un dispositivo detector de terahercios basado en un punto cuántico de nanotubos de carbono de pared simple metálico definido por defectos artificiales. Dependiendo de su longitud y la transparencia de los contactos, los regímenes operativos van desde un sensor de terahercios de puerta sintonizable de alta resolución hasta un detector de terahercios de banda ancha. Los cálculos indican que el dispositivo no se ve afectado en gran medida por temperaturas de hasta 100 K, lo que hace que los puntos cuánticos de nanotubos de carbono con simetrías rotas sean una plataforma prometedora para diseñar detectores de terahercios sintonizables que podrían funcionar a temperaturas de nitrógeno líquido.
Para más información: https://doi.org/10.1063/5.0018944
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