Investigadores de la UCLA han demostrado un método práctico para integrar la generación y detección de ondas de terahercios en un solo chip semiconductor utilizando técnicas de fabricación estándar de la industria, abriendo la puerta a comunicaciones inalámbricas más rápidas, dispositivos de imagen portátiles y sensores químicos compactos que podrían eventualmente trasladar los sistemas de terahercios de equipos de laboratorio voluminosos a chips fabricables.
La radiación de terahercios ocupa el espectro electromagnético entre las microondas y la luz infrarroja, aproximadamente de 0,1 a 10 terahercios. Los investigadores han reconocido desde hace tiempo su potencial para las comunicaciones de gran ancho de banda, el escaneo de seguridad y la detección científica, pero los sistemas prácticos han permanecido en gran medida confinados a las mesas de laboratorio porque generar y detectar señales de terahercios de forma fiable requería equipos especializados y materiales exóticos.
El enfoque del equipo de la UCLA, que denominan plataforma Monolithically Integrated Terahertz Optoelectronics (MITO), integra fuentes, detectores, amplificadores y moduladores en un sustrato semiconductor compartido. Los componentes clave son fotodiodos PIN de pozo cuántico fabricados con arseniuro de galio y arseniuro de aluminio y galio (GaAs/AlGaAs), materiales ya ampliamente utilizados en circuitos fotónicos integrados comerciales.
El dispositivo funciona dirigiendo dos haces láser con frecuencias ligeramente diferentes hacia la estructura de pozo cuántico. La superposición crea una oscilación eléctrica igual a la diferencia de frecuencia entre los dos haces. Cuando esa diferencia cae en el rango de los terahercios, se produce una señal de terahercios. La misma estructura puede operar en sentido inverso para detectar ondas de terahercios entrantes con alta sensibilidad.
En las pruebas de prototipo, la plataforma MITO demostró generación y detección de terahercios sintonizables en frecuencia en el rango de 100 a 500 gigahercios, el extremo inferior de la banda de terahercios. De manera crítica, el equipo integró un amplificador óptico semiconductor en el mismo chip que multiplicó aproximadamente por diez la eficiencia de generación al tiempo que reducía la potencia óptica requerida.
Una suposición previa en el campo sostenía que los electrones atrapados en pozos cuánticos escaparían demasiado lentamente para soportar la operación a frecuencias de terahercios. Las mediciones del equipo de la UCLA mostraron que los electrones escapan en menos de una billonésima de segundo, lo suficientemente rápido para el régimen de terahercios.
“Al demostrar que muchas de estas funciones pueden integrarse en un solo chip utilizando plataformas de fabricación estándar probadas, nuestro estudio abre la puerta a tecnologías de terahercios prácticas y escalables para aplicaciones del mundo real”, dijo Mona Jarrahi, profesora de ingeniería en la UCLA e investigadora principal del proyecto.
El prototipo actual todavía depende de láseres externos, pero la plataforma está diseñada para eventualmente alojar láseres sintonizables en chip y componentes fotónicos adicionales. Los próximos pasos del equipo incluyen integrar más componentes, mejorar el rendimiento y escalar a matrices más grandes de fuentes y detectores de terahercios.
La investigación fue publicada en Nature Communications.
Traducido por Alessandra
Fuentes: A chip that creates and senses terahertz waves could shrink future networks (Interesting Engineering, julio de 2026); Nature Communications