Cómo funcionan las ondas de terahercios y por qué son importantes

El eslabón perdido del espectro electromagnético

Entre los mundos familiares de los hornos microondas y los mandos a distancia infrarrojos se encuentra una franja del espectro electromagnético que los científicos lucharon durante mucho tiempo por explotar. La radiación de terahercios (THz), ondas electromagnéticas que oscilan entre 0,1 y 10 billones de ciclos por segundo, ocupa este punto intermedio. Durante décadas, la dificultad de generar y detectar estas ondas le valió a esta banda de frecuencia un apodo poco halagador: la brecha del terahercio.

Esa brecha se está cerrando rápidamente. Los avances en fotónica, diseño de semiconductores e ingeniería láser han transformado las ondas de terahercios de una curiosidad de laboratorio en una herramienta práctica con aplicaciones que abarcan la medicina, la seguridad, la fabricación y las redes inalámbricas de próxima generación.

Qué hace especiales a las ondas de terahercios

Las ondas de terahercios tienen longitudes de onda que oscilan entre unos 30 micrómetros y 3 milímetros, más cortas que las microondas pero más largas que la luz infrarroja. Esto les confiere una combinación única de propiedades. Al igual que las ondas de radio, pueden penetrar tejidos, plásticos, papel y cerámica. Al igual que la luz, transportan suficiente energía para producir imágenes de alta resolución. A diferencia de los rayos X, sus energías fotónicas (de 0,4 a 40 milielectronvoltios) son demasiado bajas para ionizar átomos, lo que las hace seguras para el tejido biológico.

La radiación de terahercios también es fuertemente absorbida por el agua e interactúa de manera distintiva con muchas moléculas orgánicas. Cada sustancia produce una "huella dactilar" característica en terahercios, lo que permite a las ondas identificar composiciones químicas sin contacto físico.

Seguridad: Ver a través de la ropa sin rayos X

La seguridad en aeropuertos y el transporte público fue una de las primeras aplicaciones en el mundo real. Debido a que las ondas de terahercios atraviesan la tela pero se reflejan en metales, plásticos y explosivos, los escáneres pueden detectar armas ocultas y contrabando sin exponer a las personas a la radiación ionizante. Según Nature, los sistemas de detección a distancia de terahercios ya están desplegados en centros de transporte de 18 países, incluido el metro de Londres y el metro de Los Ángeles.

Medicina: Imágenes sin daño

En el ámbito de la salud, las imágenes de terahercios son especialmente prometedoras para la detección del cáncer. El tejido canceroso absorbe las ondas de terahercios de forma diferente al tejido sano debido a su mayor contenido de agua y a la alteración de su estructura celular. Los investigadores han demostrado que las imágenes pulsadas de terahercios pueden distinguir el tejido mamario maligno del benigno con tasas de precisión que se acercan al 88%, según estudios publicados en Light: Science & Applications.

La tecnología también muestra potencial para examinar quemaduras, detectar caries y guiar a los cirujanos durante la extirpación de tumores, todo ello sin el riesgo acumulativo de radiación de la exposición repetida a los rayos X.

Fabricación y control de calidad

Las ondas de terahercios pueden mirar dentro de los productos sin abrirlos ni dañarlos. Las empresas farmacéuticas utilizan la espectroscopia de terahercios para comprobar los recubrimientos de los comprimidos. Los fabricantes de automóviles inspeccionan el grosor de la pintura. Las fábricas de semiconductores verifican la integridad del embalaje de los chips. Debido a que los diferentes materiales producen firmas espectrales distintas, un único escaneo de terahercios puede comprobar simultáneamente la integridad estructural, el grosor de la capa y la composición química.

La conexión 6G

Quizás la aplicación más transformadora esté por venir. Se espera que la banda sub-terahercio (100–300 GHz) se convierta en una piedra angular de las redes inalámbricas 6G. Según Ericsson, estas frecuencias ofrecen un enorme ancho de banda que podría permitir velocidades inalámbricas que superen un terabit por segundo, aproximadamente 100 veces más rápido que las mejores conexiones 5G.

Aún quedan desafíos. Las señales de terahercios sufren una severa absorción atmosférica, lo que limita su alcance. Superar esto requerirá densas redes de estaciones de relevo, antenas altamente direccionales y técnicas avanzadas de formación de haces. Pero como ha señalado IEEE Spectrum, la visión de la comunidad científica sobre la comunicación por terahercios ha pasado de ser "ciencia ficción" a "desafío de ingeniería" en tan solo dos décadas.

Por qué la brecha finalmente se está cerrando

La brecha del terahercio persistió porque el rango de frecuencia se encuentra incómodamente entre dos familias de tecnología maduras. La electrónica tradicional se ralentiza a medida que las frecuencias aumentan hacia el terahercio; los dispositivos ópticos convencionales pierden eficiencia a medida que las longitudes de onda se estiran hacia él. Superar esta brecha requirió enfoques completamente nuevos: láseres de cascada cuántica, antenas fotoconductoras ultrarrápidas y nuevos materiales semiconductores.

Con estas herramientas ahora madurando, la tecnología de terahercios se está moviendo de los laboratorios de investigación a los aeropuertos, hospitales, fábricas y, finalmente, a los teléfonos inteligentes. Las ondas invisibles que la ciencia apenas podía detectar alguna vez pronto serán tan comunes como el Wi-Fi.