Radiazione Terahertz

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La radiazione Terahertz si trova all'estremità superiore della fascia a infrarossi, poco prima dell'inizio della banda a microonde.

La radiazione Terahertz detta anche radiazione submillimetrica, raggi T, onde T, T-light, T-lux, THF è una radiazione elettromagnetica. L’unione internazionale delle telecomunicazioni (UIT) interrompe la classificazione delle frequenze a 300 GHz con l'EHF, cioè la banda tra 30 GHz e 300 GHz. La ragione è anche pratica in quanto non vi è un interesse a fare telecomunicazioni in questo intervallo di frequenza a causa dell'assorbimento dell'atmosfera.

Una premessa è necessaria: il termine radiazione Terahertz è una denominazione relativamente recente per indicare un certo intervallo di frequenze. Il confine tra la radiazione Terahertz e le gamme di radiazioni vicine non è netto e può variare a seconda dei diversi campi di studio. Infatti solo nel 1974 per la prima volta Fleming[1] utilizzò tale termine per indicare quello che fino allora si indicava come lontano infrarosso abbreviato con l'acronimo FIR. La lunghezza d'onda della radiazione nella fascia di Terahertz corrisponde a un intervallo tra 1 mm e 0.1 mm (o 100 μm). Non è ovviamente visibile all'occhio umano, poiché ha una lunghezza d'onda molto maggiore di quella da esso percepibile (spettro visibile).

Tale radiazione è nota dalla fine del '800[2], ma è apparso subito chiaro che non aveva interesse nelle telecomunicazioni. Si comprese più tardi l'interesse di questa radiazione in astronomia, dove è conosciuta come banda submilimetrica e la sua radiazione come onde submilimetriche. Infatti apparve chiaro a partire dagli anni '70, del secolo scorso, che l'analisi spettroscopica in questo intervallo di frequenza permetteva la conoscenza della composizione del mezzo interstellare ad esempio del CO[3] nella Nebulosa di Orione. Attualmente questo intervallo di frequenze, spesso indicato come gap tra le microonde e infrarosso, ha assunto una grande importanza nella sicurezza in questi ultimi anni in quanto molte droghe ed esplosivi hanno delle proprietà spettroscopiche peculiari in questo intervallo di frequenze.

Introduzione[modifica | modifica wikitesto]

Mentre nella parte inferiore di questo intervallo di frequenze, cioè attorno a 300 GHz, esistono sorgenti accordabili molto intense, ad esempio i girotroni, quando si considerano frequenze superiori al THZ non esistono attualmente, nel 2017, sorgenti intense ed accordabili: solo recentemente sono stati sviluppati i laser a cascata quantica (QCL) che sono dei laser molto divergenti e non sono accordabili. Ma non solo: mentre attorno a 300 GHz molti materiali quali plastiche, carte, tessuti ecc. hanno un basso assorbimento per cui possono essere usati con successo per identificare oggetti nascosti, a frequenze superiori a 1 THz la maggior parte dei materiali diventano molto assorbenti; spessori di carta di 1 mm possono attenuare la radiazione di molti ordini di grandezza. Per avere una idea a 8 THz 10 cm di aria attenuano la radiazione di un fattore 100[4]. Tuttavia i semiconduttori di elevata purezza ed alcune plastiche come il polietilene sono trasparenti in tutto questo intervallo di frequenze.

Le onde elettromagnetiche con frequenze attorno al terahertz occupano la porzione dello spettro tra l'infrarosso e le microonde, una regione finora quasi inesplorata. Eppure si tratta di onde molto interessanti che possiedono caratteristiche di entrambe le loro vicine: possono passare facilmente attraverso materiali solidi come pareti e vestiti, e possono essere focalizzate per creare immagini di oggetti. La radiazione di Terahertz ha una limitata penetrazione attraverso la nebbia e le nuvole e non può penetrare acqua liquida o metalli. Il THz non è ionizzante, cioè non è una radiazioni elettromagnetica dotata di sufficiente energia per ionizzare la materia che attraversa, in questo modo non può depositare energia e creare dei danni alla struttura chimica della materia attraversata, tuttavia può comunque penetrare, anche se di pochissimo, il tessuto del corpo. In questo modo può essere interessante confrontare le analogie con i raggi-X che vengono utilizzati ampiamente nella medicina. Si è scoperto che, a causa della lunghezza d'onda più grande, le immagini ottenute con THz hanno una risoluzione inferiore rispetto ai raggi-X e devono essere migliorate.

Il gruppo di studio StarTiger dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha messo a punto una nuova tecnologia in grado di creare immagini a due frequenze, 0.25 e 0.3 THz, ottenendo una foto a due colori grazie al contrasto fra materiali con diverse proprietà di trasmissione e di riflessione. Il principale vantaggio dell'apparecchio è che non emette alcuna radiazione. La macchina sfrutta i raggi terahertz emessi in natura da ogni cosa, comprese rocce, acqua, stelle, alberi ed esseri viventi. L'apparecchio avrà numerose applicazioni nelle scienze dello spazio, dall'astronomia alla fisica dell'atmosfera, al controllo ambientale tramite satellite. Potrebbe avere un forte impatto sulla strumentazione nel campo dell'osservazione di pianeti e comete. Ma potrebbero esserci numerose applicazioni anche sulla Terra, per esempio nei settori della medicina, della dermatologia e della cosmetica. Le onde terahertz forniranno una nuova tecnica diagnostica per vedere attraverso molti materiali otticamente opachi, fornendo immagini con le stesse proprietà dei raggi X ma senza l'uso di radiazioni potenzialmente dannose.

La maggior parte dei sistemi a terahertz usano degli impianti laser costosi e ingombranti, che a volte necessitano di temperature particolarmente basse. Il potenziale della scansione a terahertz è stato finora inesplorato a causa della mancanza di una tecnologia compatta e a basso costo che potesse operare in quella gamma di frequenze.

Sorgenti[modifica | modifica wikitesto]

Tra le sorgenti più importanti possiamo distinguere:

Sorgenti piccole: Globar (corpi neri); Sorgenti a plasma, Laser a cascata quantica; Generatori di armoniche da 10 GHz fino a 1 THz; Backward wave oscillator (BWO) oscillatore rovesciato < 1.6 THz, Girotroni < 1.5 THz, Fotomixing di laser (fino circa 1.5 THz), diodi Schottky (<2 THz).

Sorgenti grandi (10 m - 10 Km): Laser a elettroni liberi (FEL); Luce di sincrotrone

La radiazione Terahertz viene emessa come parte della radiazione del corpo nero, cioè da qualsiasi corpo con temperature superiori a 2 K (tale valore si ottiene facilmente considerando la legge di Wien). Nonostante questa emissione termica risulti essere molto debole, le informazioni ottenute a queste frequenze sono importanti per individuare le caratteristiche della polvere fredda (circa 10-20 K) nel mezzo interstellare della Via Lattea e nella Galassia starburst.

Per molti anni, sono state utilizzate fonti solide per ottenere onde millimetriche e submillimetriche. AB Millimeter a Parigi, ad esempio, ha costruito un sistema che produce radiazione elettromagnetica tale da coprire l'intera gamma da 8 GHz a 1 THz facendo uso di sorgenti a stato solido, ma esistono anche altre ditte che si sono occupate di questa produzione.

Curiosità[modifica | modifica wikitesto]

A metà del 2007, gli scienziati del Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, insieme ai collaboratori della Turchia e del Giappone, annunciarono la creazione di un dispositivo compatto che poteva portare a fonti di radiazioni terahertz portatili (a batteria). Il gruppo fu guidato da Ulrich Welp del Dipartimento di Scienze dei Materiali di Argonne.[5] Il dispositivo utilizzava cristalli superconduttori ad alta temperatura, che venivano creati all'università di Tsukuba in Giappone. Questi cristalli comprendono pile di giunzione di Josephson, che presentano una proprietà nota come effetto Josephson - quando si applica una tensione esterna, alternando flussi di corrente attraverso le giunzioni a una frequenza proporzionale alla tensione. Questa corrente alternata induce un campo elettromagnetico. Anche una piccola tensione (circa due millivolt per giunzione), secondo Welp, può indurre frequenze nella fascia di terahertz.

Nel 2008, gli ingegneri dell'Università di Harvard hanno raggiunto emissioni a temperatura ambiente di diverse centinaia di nanowatt di radiazione terahertz usando una sorgente di semiconduttori. La radiazione THz è stata generata dalla miscelazione non lineare di due modi in un laser a cascata quantica a infrarossi. Fonti precedenti avevano richiesto un raffreddamento criogenico, che limitava notevolmente il loro utilizzo nelle applicazioni quotidiane.[6]

Nel 2009 è stato scoperto che rimuovendo il nastro adesivo si genera radiazione terahertz non polarizzata, compresa tra 2 e 18 THz. Il meccanismo della sua creazione è l'Effetto triboelettrico del nastro e il successivo scaricamento. Questo è stato ipotizzato per coinvolgere il Bremsstrahlung in assorbimento o densità di energia concentrata durante la rottura dielettrica di un gas.[7]

Nel 2013, i ricercatori del Broadband Wireless Networking Institute di Georgia Institute of Technology e dell'Università politecnica della Catalogna hanno sviluppato un metodo per creare un'antenna di grafene: un'antenna formata da strisce di grafene larghe da 10 a 100 nanometri e lunghe un micrometro. Tale antenna poteva trasmettere nella fascia di frequenza terahertz.[8]

Nel 2017 un innovativo laser in grado di emettere un fascio molto focalizzato è stato ottenuto grazie alla duplice natura delle onde Terahertz. Lo studio è stato effettuato da un gruppo di ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e dell’Università di Pisa, in collaborazione con la Scuola normale superiore (Sns) e l’Università di Cambridge. Le onde Terahertz essendo vicine alle microonde e all’infrarosso, hanno una natura ibrida: si propagano sia con le proprietà delle onde - come le onde radio – sia con quelle dei raggi di luce. Per questo è possibile manipolarle combinando le tecniche di questi due campi, sia con antenne che con lenti o specchi. È quanto è stato fatto nel nuovo laser. L'obiettivo era di generare un fascio di onde Terahertz altamente collimato da superare i limiti imposti dai microlaser disponibili finora.[9]

Proprietà dei materiali[modifica | modifica wikitesto]

Un sistema di imaging attivo è in grado di trasmettere un segnale verso un oggetto, sotto forma di onda elettromagnetica, tale sistema è dotato di opportune caratteristiche in grado di misurare l'intensità dell'eco di ritorno dall'oggetto stesso. Un sistema di imaging passivo invece misura la radiazione solare reirradiata dall'oggetto osservato o la radiazione che l'oggetto emette spontaneamente per sua natura. La rilevazione di oggetti nascosti dipende dalla trasmissione della radiazione attraverso i materiali e attraverso l'atmosfera. I materiali non omogenei scatteranno la radiazione incidente. Tutte queste proprietà dei materiali a frequenza millimetrica e terahertz sono importanti per la progettazione di sistemi di rilevazione.

Alcune tecnologie comuni nella regioni attorno alla gap del terahertz.

Nei gas, l'onda millimetrica e la radiazione terahertz eccitano principalmente i modi rotazionali delle molecole.[10] La struttura della linea spettrale è complicata a causa delle interazioni tra modi vibrazionali e modi rotazionali. Poiché la riflettività è correlata approssimativamente all'indice di rifrazione tramite la legge di Fresnel:

ciò significa che la maggior parte dei materiali in considerazione riflette fra l'1% e il 25% della radiazione terahertz incidente. I coefficienti di assorbimento sono tipicamente di pochi dB/mm a 100 GHz e aumentano con la frequenza - a causa di una serie di meccanismi, tra cui lo scattering. I conduttori liquidi ,come l'acqua, hanno una riflettività del 40% a 100 GHz che scende rapidamente al 20% a circa 500 GHz e poi si allontana[11] e sono assorbitori molto forti tali che la penetrazione nell'acqua o nel corpo umano è solo di pochi millimetri[12]. La pelle si comporta in modo analogo all'acqua con una riflettività un po' più bassa[13][14]. I metalli riflettono in maniera perfetta.

A lunghezze d'onda dei terahertz i materiali (solidi, liquidi e gas) assorbono di più e gli indici di rifrazione tendono ad essere più bassi, portando a una riflessività minore. L'aumento dell'assorbimento è dovuto sia alle risonanze nei materiali che allo scattering dovuto alla microstruttura delle sostanze. I coefficienti di assorbimento variano ampiamente. Alcuni materiali, come la plastica, rimangono praticamente trasparenti (<1 dB / mm fino a 3 THz). Altri, compreso il vetro, la ceramica e la porcellana, sono forti ammortizzatori (~ 35 dB / mm a 1 T). Inoltre, i solidi cristallini presentano risonanze dovute alle interazioni intermolecolari di fonone. Le caratteristiche sono ampie, diverse decine di GHz, ma un solido organico tipico può avere tra le 2 e le 6 caratteristiche nella gamma di frequenza da 0,5 a 3 T che può servire come una caratterizzazione del solido. Le caratteristiche spettrali variano in intensità con la temperatura[15], ma questi cambiamenti sono piccoli rispetto alle larghezze della linea alle condizioni ambientali standard.

Ricerca[modifica | modifica wikitesto]

Astronomia[modifica | modifica wikitesto]

La radiazione terahertz ha permesso agli astronomi di esaminare le nubi molecolari e le nebulose scure, con l'obiettivo di studiare il processo di formazione delle stelle dalla nascita stellare al collasso. Le osservazioni submillimetriche di queste nubi possono essere utilizzate per determinare gli elementi chimici e i meccanismi di raffreddamento per le molecole che li compongono. Inoltre, le osservazioni submillimetriche forniscono informazioni sui meccanismi di formazione e evoluzione delle galassie. L'ex Unione Sovietica ha lanciato i primi rivelatori bolometrici per le onde submillimetriche nel 1974 e ha operato per la prima volta nel 1978 sul primo telescopio a onde submillimetriche situato sulla stazione spaziale Salyut 6 per quattro mesi.

Sappiamo che l'atmosfera terrestre assorbe radiazione millimetrica e terahertz. Ci sono molte linee di assorbimento dai vari gas che costituiscono l'atmosfera, in particolare il vapore acqueo che ha un effetto forte e variabile a causa di grandi differenze nel suo contenuto ,che si verificano a causa delle condizioni meteorologiche naturali. Wallace[16] ha recentemente esaminato e aggiornato modelli di assorbimento atmosferico nell'intervallo da 10 GHz fino al raggio ultravioletto (1000THz). Da notare che le proprietà dell'onda millimetrica e terahertz sono molto diverse. Infatti con l'onda millimetrica, l'atmosfera è caratterizzata da diverse zone dove l'assorbimento è modesto - da 0,1 dB / km a 10 GHz fino a 5 dB / km a 300 GHz. In condizioni molto umide e molto asciutte, l'assorbimento cambia di un ordine di grandezza. Tuttavia, a distanze di decine di metri questa linea di assorbimento non è significativa. Un effetto più significativo è invece la variazione che l'assorbimento atmosferico porta alla temperatura effettiva del cielo, infatti il meccanismo di contrasto principale in un'immagine a onde millimetriche all'esterno è riflesso dal cielo freddo e la temperatura apparente del cielo aumenta rapidamente verso la temperatura ambiente a frequenze superiori a 200-300 GHz, riducendo il contrasto disponibile nelle immagini esterne a frequenze più alte[17]. Proseguendo nella regione terahertz, vediamo che l'assorbimento atmosferico diventa progressivamente più notevole e aumenta il numero di linee di vapore acqueo. Mentre dall'ingegneria delle comunicazioni, l'atmosfera è stata spesso considerata opaca alle frequenze terahertz. A distanze inferiori a poche decine di metri, ci sono delle zone significative dove, almeno per i sistemi attivi dove l'atmosfera è abbastanza trasparente per consentire l'individuazione di oggetti nascosti a certe distanze. Inoltre, le linee del vapore acqueo sono abbastanza strette e hanno posizioni note, per consentire l'eliminazione del loro effetto nelle applicazioni spettroscopiche.

Le antenne dell'Atacama Large Millimeter Array.

Dunque il luogo ideale per osservare la radiazione terahertz è un luogo asciutto, fresco, con condizioni meteorologiche stabili e lontano dai centri urbani. Tra i siti che operano in queste condizioni ci sono: l'osservatorio di Mauna Kea, l'Osservatorio di Llano de Chajnantor sull'altopiano di Atacama (Cile), il Polo Sud e l'Hanle in India (sito dell'Himalaya). I confronti mostrano che tutti e quattro i siti sono eccellenti per l'astronomia submillimetrica, e di questi siti Mauna Kea è il più stabile e il più accessibile. Il sito dell'Osservatorio Llano de Chajnantor ospita l'esperimento Atacama Pathfinder Experimental (APEX), il più grande telescopio submillimetrico operante nell'emisfero meridionale e il più grande progetto astronomico sulla terra, e l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA), un interferometro per osservazioni di lunghezza d'onda submillimetriche di 54 radio telescopi da 12 metri e 12 radio telescopi da 7 metri. Il Submillimeter Array (SMA) è un altro interferometro situato a Mauna Kea, composto da 8 telescopi da 6 metri di diametro. Il più grande telescopio submillimetrico esistente è il telescopio James Clerk Maxwell che si trova anche su Mauna Kea.

Il satellite Astronomy Wave Submillimeter (SWAS) è stato lanciato in orbita non molto lontana dalla Terra il 5 dicembre 1998 come una delle missioni del programma Small Explorer Program (SMEX) della NASA. La missione della nave spaziale è di studiare le nubi molecolari giganti e i centri delle nubi scure. L'obiettivo di SWAS è di individuare le cinque linee spettrali: acqua, acqua isotopica, monossido di carbonio isotopico, ossigeno molecolare e carbonio neutro. Il satellite SWAS è stato utilizzato nel giugno del 2005 come supporto per la missione Deep Impact della NASA. Infatti il satellite è riuscito a fornire i dati della produzione dell'acqua sulla cometa osservata.

Nel 2009 l'Agenzia spaziale europea ha lanciato una missione spaziale nota come Herschel Space Observatory. Il telescopio è formato da uno specchio più grande mai lanciato nello spazio e studia le radiazioni nel lontano infrarosso e nella banda submillimetrica. Anziché entrare in un'orbita della Terra, il telescopio Herschel entrò in un'orbita di Lissajous intorno al punto di Lagrange L2, il secondo punto Lagrangiano del sistema Terra-Sole. L2 si trova a circa 1,5 milioni di km dalla Terra in questo modo il posizionamento del telescopio riduce l'interferenza dalla Terra e dal Sole con le radiazioni infrarosse e quelle del visibile. La missione di Herschel si concentra principalmente sulle origini delle galassie e sulla formazione galattica.

Medicina[modifica | modifica wikitesto]

L'immagine terahertz che rivela un tumore

Un team di fisici britannici ha annunciato nel 2004 di aver sviluppato una tecnica per rilevare la presenza di tumori della pelle e di altri tumori epiteliali non visibili ad occhio nudo. La tecnica, che si basa sulle radiazioni terahertz, potrebbe rappresentare un'alternativa efficace e non invasiva ai metodi convenzionali utilizzati per diagnosticare questi tumori. L'85% di tutti i tumori si trova nell'epitelio, ovvero sopra o in prossimità della pelle, ma le loro piccole dimensioni ne rendono difficile l'individuazione. Inoltre, i tessuti della pelle devono essere rimossi chirurgicamente per l'analisi. La tecnica sviluppata da Emma Pickwell e colleghi dell'Università di Cambridge e della TeraView sfrutta invece il fatto che l'acqua assorbe fortemente le radiazioni di frequenza compresa fra 0.1 e 3 terahertz. Poiché i tessuti cancerosi tendono ad avere un maggior contenuto d'acqua rispetto a quelli sani, le radiazioni terahertz potrebbero essere usate per differenziare fra i due tipi di tessuto.

Alcune frequenze di radiazione terahertz possono essere utilizzate per l'imaging 3D dei denti e può essere più precisa rispetto alla convenzionale formazione di immagini a raggi X in odontoiatria. Il dottor Don Arnone è il capo del progetto di TRE (Toshiba Research Europe) e afferma che utilizzando la radiazione terahertz si può rivelare lo spessore dello smalto di un dente[18].

Oltre l'odontoiatria, la radiazione terahertz può essere utilizzata per esaminare altri tessuti del corpo, ma sono possibili anche applicazioni non mediche[19]. Infatti il progetto TRE ha dimostrato l'utilità della radiazione terahertz nel controllo di qualità dei prodotti alimentari, nella produzione di chip elettronici e nell'individuazione di oggetti nascosti nei contenitori.

Sicurezza[modifica | modifica wikitesto]

Controllo di sicurezza utilizzando la radiazione terahertz: si riescono ad individuare droghe, esplosivi e armi nascosti sotto i vestiti

Come scritto precedentemente, la radiazione Terahertz può penetrare tessuti e materiali plastici, in questo modo può essere utilizzata in sorveglianza, come un controllo di sicurezza, per individuare da lontano le armi nascoste su una persona. Questo è particolarmente interessante perché molti materiali di interesse, come le droghe e gli esplosivi, hanno uno spettro caretteristico nella fascia terahertz. Questo offre la possibilità di combinare l'identificazione spettrale con l'imaging. Nel 2002, la squadra Star Tiger dell'Agenzia spaziale europea (ESA), con sede a Rutherford Appleton Laboratory (Oxfordshire, Regno Unito), ha prodotto la prima immagine passiva di terahertz di una mano[20]. Nel 2004, ThruVision Ltd, un prolungamento del Consiglio per il Laboratorio Centrale dei Consigli di Ricerca (CCLRC) Rutherford Appleton Laboratory, aveva mostrato la prima macchina compatta di THz per il controllo di sicurezza. Il prototipo ha rilevato delle pistole e degli esplosivi nascosti sotto i vestiti[21].

Uso scientifico e imaging[modifica | modifica wikitesto]

La spettroscopia nella radiazione terahertz può fornire nuove informazioni in chimica e biochimica.

In questa immagine si possono confrontare le immagini ottenute con diverse intensità di radiazione

I metodi recentemente sviluppati di spettroscopia THz e tomografia THz si sono dimostrati in grado di eseguire misure e ottenere immagini da materiali opachi nella regione del visibile e vicino all'infrarosso. L'utilità di THz è limitata quando il campione è molto sottile o ha una bassa assorbanza, in quanto è molto difficile distinguere le variazioni dell'impulso THz causato dal campione da quelle causate da fluttuazioni a lungo termine di una sorgente laser. Tuttavia, il THz produce radiazioni coerenti e spettrali, in modo che tali immagini possano contenere delle informazioni di gran lunga maggiori di un'immagine convenzionale formata da una sorgente a frequenza singola.

Le onde submilimetriche sono utilizzate nella fisica per studiare i materiali in alti campi magnetici, poiché in tali campi (a circa 11 tesla), la Precessione di Larmor dello spin elettronico è nella regione submillimetrica. Molti laboratori che lavorano con un campo magnetico alto eseguono questi esperimenti ad alta frequenza (Risonanza paramagnetica elettronica), come il National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) in Florida.

La radiazione Terahertz può inoltre permettere agli archeologi di individuare i murales nascosti sotto l'intonaco o la vernice degli edifici storici senza danneggiarli.[22] Alcuni ricercatori affermano che i raggi T possono anche individuare gli schizzi a matita sotto i dipinti di una tela senza danneggiare l'opera. Tuttavia non tutti i materiali possono essere rilevati, tale radiazione infatti non può rilevare certi materiali artistici come la grafite, il sanguigno e il gesso rosso.

Il terahertz può essere utilizzato per l'ispezione degli oggetti confezionati ma il suo difetto è la bassa risoluzione per i controlli importanti. Ovviamente la risoluzione dei raggi X è superiore all'imaging del terahertz, ma la radiografia è ionizzante e può imporre effetti nocivi su determinati oggetti come semiconduttori e tessuti vivi. Per superare la bassa risoluzione dei sistemi terahertz, i sistemi di imaging vicino a terahertz sono ancora in fase di sviluppo[23][24]. Nell'imaging in prossimità del campo il rivelatore deve trovarsi molto vicino alla superficie del piano e quindi l'imaging degli oggetti molto imballati potrebbe non essere fattibile. Si potrebbe aumentare la risoluzione considerando i raggi laser con frequenze superiori a terahertz che vengono utilizzati per eccitare le giunzioni p-n in oggetti semiconduttori, queste giunzioni eccitate generano una radiazione terahertz, a condizione che i loro contatti siano ininterrotti, in questo modo si possano rilevare i dispositivi danneggiati .[25]. In questo approccio, poiché l'assorbimento aumenta in modo esponenziale con la frequenza, non è possibile eseguire l'ispezione dei semiconduttori impacchettati. Di conseguenza, occorre trovare un compromesso tra la risoluzione raggiungibile e lo spessore della penetrazione del fascio nel materiale da imballaggio.

Comunicazione[modifica | modifica wikitesto]

Nel 2011, una squadra di ricerca dell'Università di Osaka ha prodotto un chip in grado di trasmettere 1,5 Gbit / s, tale dispositivo utilizzava onde terahertz per la trasmissione dati.

Nel maggio del 2012, una squadra di ricercatori dell'Istituto di Tecnologia di Tokyo[26] ha raggiunto un nuovo record per la trasmissione dati wireless utilizzando i raggi T e ha proposto di utilizzarli per la trasmissione dati in futuro[27] . La velocità di trasferimento dati è 20 volte superiore al migliore wi-fi comunemente usato. Il dispositivo Proof of concept della squadra utilizzava un oscillatore a resistenza negativa di diodi a tunnel risonante (RTD) per produrre onde nella fascia del terahertz. Con questo RTD, i ricercatori hanno inviato un segnale di 542 GHz, ottenendo una velocità di trasferimento dati di 3 Gigabyte al secondo[27]. Lo studio ha suggerito che il Wi-Fi che utilizza il sistema sarebbe limitato a circa 10 metri ma potrebbe consentire una trasmissione di dati fino a 100 Gbit / s[27]. Il team sta ora lavorando per migliorare il proprio dispositivo e di prolungare la sua gamma nel regime terahertz, oltre ad aumentare la potenza prodotta.

Sicurezza[modifica | modifica wikitesto]

La regione terahertz è tra la regione di frequenza radio e la regione ottica generalmente associata ai laser. Sia la norma di sicurezza RF IEEE[28] che la norma di sicurezza laser ANSI[29] hanno limiti nella regione terahertz, ma entrambi i limiti di sicurezza sono basati sull'estrapolazione. Si pensa che gli effetti sui tessuti siano naturali e quindi prevedibili con modelli termali convenzionali. Sono in corso ricerche per raccogliere dati per popolare questa regione dello spettro e convalidare i limiti di sicurezza.

Curiosità[modifica | modifica wikitesto]

Uno studio pubblicato nel 2010 e condotto da Boian S. Alexandrov e dai suoi colleghi al Centro per gli Studi Nonlineari al Laboratorio Nazionale Los Alamos nel New Mexico[30] ha creato modelli matematici che prevedono come le radiazioni terahertz interagiscano con il DNA a doppio filamento, dimostrando che anche se le forze coinvolte sembrano essere minuscole, le risonanze non lineari (anche se molto meno probabili di formare rispetto alle risonanze comuni meno potenti) potrebbero consentire alle onde del terahertz di "sbloccare il DNA a doppio filamento, generando bolle nel doppio filamento che potrebbero interferire in modo significativo con processi quali espressione genica e replicazione del DNA "[31]. La verifica sperimentale di questa simulazione non è stata fatta. Una recente analisi di questo lavoro conclude che le bolle del DNA non si verificano in base a ipotesi fisiche ragionevoli o se si considerano gli effetti della temperatura. Va anche notato che l'intensità dei raggi T raggiunge meno di 1% nel primo 500 μm di pelle[32].

È stata studiata la mutagenicità e la genotossicità in alcuni batteri che sono stati esposti per 5-15 minuti a una radiazione Terahetz di 2,3 THz prodotta da un laser a elettroni liberi. Però non è stata trovata nessuna differenza significativa tra le cellule esposte e quelle non esposte alla radiazione, questo indica che la radiazione di THz non è né mutagena né genotossica. Tuttavia si è osservato che questa radiazione incide sul metabolismo cellulare.[33]

Note[modifica | modifica wikitesto]

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Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

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