Una nueva cadena de diodos promete revolucionar tecnologías terahertz

Las ondas electromagnéticas con frecuencias entre las microondas y la luz infrarroja, conocidas como radiación terahertz, son utilizadas en diversas tecnologías actuales, incluyendo herramientas de imagen y sistemas de comunicación inalámbrica. Sin embargo, generar señales terahertz fuertes y continuas con la electrónica existente ha sido un desafío.

Para generar señales terahertz de manera confiable, los ingenieros suelen recurrir a multiplicadores de frecuencia, circuitos electrónicos que distorsionan una señal de entrada para producir una señal de salida con la frecuencia deseada. Algunos de estos circuitos se basan en diodos de barrera Schottky, dispositivos en los que la unión entre un metal y un semiconductor forma un contacto eléctrico unidireccional.

A pesar de que algunos multiplicadores de frecuencia basados en diodos Schottky han mostrado resultados prometedores, los dispositivos que utilizan diodos individuales solo pueden manejar una cantidad limitada de energía. Para aumentar la energía que pueden gestionar, los ingenieros pueden usar varios diodos dispuestos en una cadena. Sin embargo, este enfoque también presenta limitaciones, ya que la distribución del campo electromagnético entre los diodos en una cadena a menudo se vuelve desigual.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica presentaron recientemente un nuevo diseño de cadena de diodos que podría superar esta limitación, al remodelar los campos electromagnéticos locales y distribuirlos de manera más uniforme a lo largo de la cadena. La nueva cadena de diodos en forma de C asimétrica, presentada en un artículo publicado en Nature Electronics, demostró multiplicar frecuencias de manera más eficiente que la mayoría de los otros multiplicadores de frecuencia basados en diodos desarrollados hasta la fecha.

"Los dispositivos multiplicadores de frecuencia basados en diodos Schottky pueden utilizarse para generar radiación terahertz, ofreciendo una alta potencia de salida y potencial para su integración en sistemas totalmente sólidos", escribieron Honji Zhou, Tianchi Zhou y sus colegas en su artículo.

"Sin embargo, la escalabilidad de la potencia de salida de tales dispositivos a menudo está limitada por la capacidad de manejo de potencia de un solo diodo. Una cadena conectada de diodos Schottky, junto con un enfoque de combinación de potencia, puede utilizarse para aumentar la potencia de salida terahertz. Sin embargo, la distribución desigual del campo entre los diodos, que está relacionada con la similitud entre la longitud de onda terahertz y las dimensiones físicas de los propios diodos, conduce a una menor eficiencia y a un fallo prematuro."

Para superar las limitaciones de los amplificadores de frecuencia basados en un solo diodo y en cadenas de diodos, los investigadores introdujeron un nuevo diseño en el que los diodos están dispuestos en una cadena de doble capa con forma de la letra C. La forma de la cadena es asimétrica, lo que puede mejorar el flujo de campos electromagnéticos entre los diodos.

Los investigadores evaluaron el rendimiento de su nueva cadena de diodos tanto en simulaciones como en pruebas de laboratorio. Notablemente, encontraron que alcanzó una de las más altas eficiencias de duplicación de frecuencia terahertz reportadas hasta la fecha, destacando su potencial como multiplicador de frecuencia.

"Informamos sobre una estructura de cadena de diodos en forma de C asimétrica de doble capa que puede ajustar la distribución del campo electromagnético local y mejorar la eficiencia de conversión de la cadena de diodos", escribieron los autores. "Nuestro dispositivo resultante tiene una eficiencia de duplicación de frecuencia del 38%, con una salida que supera los 300 mW a 170 GHz."

La cadena de diodos en forma de C podría pronto mejorarse y utilizarse para desarrollar una amplia gama de dispositivos electrónicos. En el futuro, podría permitir la introducción de transmisores y generadores terahertz más compactos, que podrían utilizarse para crear sistemas de imagen, detección y comunicación más avanzados.

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