Desarrolla Cinvestav sistema compacto para generación de imágenes Terahertz a temperatura ambiente

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Por Israel Pérez Valencia

Santiago de Querétaro, Querétaro 28 de agosto de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Académicos y estudiantes del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), del Instituto Politécnico Nacional (IPN) Unidad Querétaro, en colaboración con la Universidad de Texas (UT) en Austin desarrollan un sistema compacto para la generación de imágenes para la evaluación no destructiva de diferentes tipos de muestras, haciendo uso de frecuencias terahertz (THz), capaz de operar a temperatura ambiente.

Este proyecto bilateral, apoyado por el fondo ConTex establecido entre ambas instituciones para promover la investigación y desarrollo tecnológico, está dirigido por doctor Mikhail Belkin, por parte de la UT y la investigadora con Cátedras del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) en el Cinvestav Unidad Querétaro y líder del laboratorio de Optoelectrónica Terahertz, Elodie Strupiechonski, así como los estudiantes de la maestría en Ciencias con especialidad en Materiales, José Gustavo Méndez Lara y Manuel Alejandro Justo Guerrero.

Este sistema compacto para generación de imágenes THz, está basado en la detección de ondas electromagnéticas con frecuencias entre 1 y 6 Terahertz usando una metasuperficie para crear imágenes del objeto escaneado en función de sus propiedades como reflectividad, transmitancia y absorción, de acuerdo a la investigadora de Cátedras Conacyt, Elodie Strupiechonski.

Realicé mi doctorado en Francia sobre láseres de cascada cuántica en el rango de frecuencias THz. Empecé a colaborar con el investigador que actualmente está en los Estados Unidos, el doctor Mikhail Belkin. Publicamos un artículo sobre ese tipo de láseres y después me invitaron a hacer el posdoctorado en la Universidad de Harvard, con el doctor Federico Capasso, quien es uno de los principales precursores en esta tecnología”, recordó.

Elodie Strupiechonski, detalló que a partir de ello, fue invitada a impartir la Cátedra Conacyt en el Cinvestav Unidad Querétaro, con el objetivo de abrir una línea de investigación para desarrollar soluciones en el área de optoelectrónica terahertz.

“Una de las áreas más importantes para desarrollar soluciones eficientes es la imagen no destructiva. Así nació la idea, junto con el estudiante de la maestría en Ciencias con especialidad en Materiales, José Gustavo Méndez Lara, de desarrollar fotodetectores que funcionaran a temperatura ambiente en frecuencias arriba de 1 terahertz, lo que representa un reto porque debajo de ese rango solo hay soluciones electrónicas y arriba de 30 terahertz hay otras complemente fotónicas”, sostuvo.

La investigadora de Cátedras Conacyt en el Cinvestav Querétaro, destacó que el sistema propuesto, que se trabajará de manera conjunta con el doctor Mikhail Belkin de la Universidad de Texas en Austin, ofrece ventajas significativas en términos de tamaño, portabilidad, confiabilidad, costo de producción y simplicidad de operación.

“Actualmente existen detectores en ese rango pero funcionan a temperaturas criogénicas, por lo que su operación es muy cara. La idea es diseñar un sistema compacto, portátil y de fácil operación. El doctor Mikhail Belkin es especialista de primer nivel en desarrollar fuentes de láser de cascada cuántica y nosotros vamos a trabajar en el fotodetector. Ambos grupos vamos a construir el sistema completo. Vamos a hacer un prototipo aquí en el  Cinvestav y otro en la Universidad de Texas en Austin, para que sean complementarios”, puntualizó.

El objetivo de este sistema, detalló Elodie Strupiechonski, es poder ofrecer servicios a empresas, desde control de calidad de materiales compuestos y dieléctricos secos hasta la supervisión de la dinámica del contenido de agua en sujetos vivos y la detección de drogas ilícitas en el correo entre otros.

“Pensamos en empresas que necesitan de imágenes de muestras en áreas como el control de calidad de circuitos ya empaquetados de manera no destructiva, para que el dispositivo pueda seguir funcionando después del análisis. Esa es la ventaja de trabajar en este rango de frecuencias THz. La imagen que se obtendrá es similar a la de rayos X, pero con la diferencia de no daña lo que se está analizando. Por el momento no buscamos hacer espectroscopia, sino más bien el estudio de composición de muestras de metal, plásticos o agua sin la necesidad de abrirlas”, advirtió.

La investigadora de Cátedras Conacyt detalló que el paquete tecnológico de este sistema consiste en una fuente láser de terahertz, una metasuperficie integrada a un detector, la electrónica para su operación además de un sistema de espejos parabólicos para dirigir el haz THz.

“La muestra se puede estudiar en configuraciones de transmisión y reflexión, esto es porque en ocasiones las muestras son muy gruesas y no habría suficiente intensidad para su análisis por transmisión. Además podremos controlar la frecuencia de emisión de la fuente láser. El sistema puede detectar mucha información contenida en la reflexión o la transmisión, por ejemplo, la polarización o composición química de la muestra, misma que estará montada sobre un soporte mecánico que pueda moverse en ambas direcciones para el escaneo de imágenes punto por punto”, explicó.

Por su parte el estudiante de la maestría en Ciencias con especialidad en Materiales, José Gustavo Méndez Lara, detalló que en paralelo con el proyecto se tiene contemplada la construcción de un cuarto limpio, que es un laboratorio donde se realizará la microfabricación de dispositivos.

“Con el apoyo de una beca Conacyt tuve la oportunidad de acceder a una estancia de tres meses  en el Centro de Investigación sobre Hetero-Epitaxia y sus Aplicaciones de Francia, a cargo del doctor  Patrice Genevet. Regresé con los conocimientos sobre la primera fase para producir muestras pasivas que permitan entender la física de las metasuperficies, hacerlas activas y que nos permitan la conversión de fotones a una señal electrónica”, recordó.

Méndez Lara advirtió que este tipo de cuartos limpios requieren protocolos de seguridad para no contaminar las muestras.

“Se plantea compartir estos conocimientos para hacer uso adecuado de este tipo de laboratorios, así como las condiciones para la microfabricación de estos dispositivos. El poder colaborar con otras instituciones nacionales e internacionales es de gran importancia para el desarrollo de la ciencia y particularmente en el proyecto que estamos trabajando”, explicó.

La investigadora de Cátedras Conacyt en el Cinvestav Querétaro y líder del laboratorio de Optoelectrónica Terahertz, Elodie Strupiechonski, anunció que el diseño de este sistema compacto de imagen para la evaluación no destructiva de diferentes tipos de muestras está divido en tres etapas, en las que también está colaborando el investigador Francisco Javier González Contreras de la Coordinación para la Innovación y Aplicación de la Ciencia y la Tecnología (Ciacyt), de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP).

http://www.ciacyt.uaslp.mx/Ciacyt_info.aspx

“Además del diseño del prototipo queremos publicar y patentar para proteger la innovación y el conocimiento científico que hay detrás. Este proyecto se desarrollará durante un periodo de 24 meses. Se dividirá en tres fases donde ambos equipos trabajarán en paralelo para desarrollar la fuente de terahertz y el detector. Durante todo el proyecto estudiantes de la UT y el Cinvestav recibirán capacitación avanzada en el diseño, simulación, microfabricación y caracterización optoelectrónica de terahertz”, anunció.

Otro de los objetivos del laboratorio de Optoelectrónica Terahertz del Cinvestav Unidad Querétaro es colaborar de manera activa con el recién consolidado Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología de Terahertz (Lancytt) integrado por la Universidad de San Luis Potosí (UASLP)  y el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), AC de León, Guanajuato,  cuya misión es la formación de recursos humanos especializados, investigación científica y el desarrollo de aplicaciones específicas de la radiación electromagnética a frecuencias de terahertz, brindando un nodo de innovación, colaboración y apoyo a las instituciones y empresas nacionales e internacionales.

https://www.terahertz.mx/

RECUADRO

Las Cátedras Conacyt son plazas de servidores públicos de carácter académico, y que forman parte de la plantilla de servicios profesionales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología dirigidas a investigadores y tecnólogos de alto potencial y talento en investigación, desarrollo tecnológico e innovación, y que son comisionados a  Instituciones que resulten beneficiadas en los términos de la convocatoria vigente.

https://www.conacyt.gob.mx/index.php/el-conacyt/desarrollo-cientifico/catedrasconacyt

CONTACTO

Dra. Elodie Strupiechonski

Investigadora de Conacyt y líder del laboratorio de Optoelectrónica Terahertz

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Querétaro

[email protected]

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