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Los físicos detectan ondas de radio con luz
La detección de señales de radio débiles es un problema omnipresente en el mundo moderno. Todo, desde las imágenes de RMN y la radioastronomía hasta la navegación y la comunicación, depende de la captación de señales de radio débiles que hubieran sido indetectables hace solo unas décadas.
Es por eso que muchos grupos están compitiendo para encontrar mejores formas de detectar estas señales y procesarlas utilizando técnicas de vanguardia.
Hoy, Tolga Bagci de la Universidad de Copenhague en Dinamarca y un grupo de amigos demuestran un dispositivo que detecta ondas de radio ultra débiles de una manera completamente nueva. Su nueva caja de trucos convierte las ondas de radio en señales de luz, que luego pueden transmitirse y analizarse utilizando herramientas ópticas estándar. Nuestro trabajo presenta un enfoque completamente nuevo para la detección totalmente óptica de ruido ultrabajo de señales electrónicas clásicas, dicen.
El nuevo enfoque es simple en principio. Su dispositivo consiste en una fina membrana de nitruro de silicio recubierta con una capa de aluminio similar a un espejo. Esta nanomembrana está suspendida sobre un electrodo que forma un condensador que es a su vez parte de un circuito LC estándar que capta ondas de radio en su frecuencia resonante.
Cuando esto sucede, el circuito resonante hace que la nanomembrana vibre.
El truco que Bagci y compañía han logrado es hacer rebotar un rayo láser en la nanomembrana provocando un cambio de fase óptica que luego miden utilizando técnicas ópticas estándar.
El resultado es que la nanomembrana convierte las débiles ondas de radio que capta en señales ópticas.
Este enfoque tiene ventajas significativas sobre los receptores de radio tradicionales. El gran problema con los métodos actuales para detectar ondas de radio débiles es que el ruido generado por el calor puede inundar la señal. La única forma de evitar esto es enfriando el equipo de detección, un proceso que aumenta significativamente la complejidad, el tamaño y el costo del trabajo.
La gran ventaja de convertir las señales de radio en una vibración mecánica resonante es que el efecto aleatorio del calor se vuelve insignificante. Esa es la belleza de los sistemas resonantes. Entonces, la luz reflejada capta la señal de radio con poco del ruido que inunda los receptores de radio convencionales.
Los números son impresionantes. El nuevo dispositivo tiene una sensibilidad a la temperatura ambiente de 5 picoVoltios por (Hz) ^ 1/2 a una frecuencia de 1 Mhz. En otras palabras, hace el mismo trabajo a temperatura ambiente que los físicos solo podrían soñar con hacer a la temperatura del helio líquido.
Y esto es solo una prueba de dispositivo de principio. Tiene el potencial de mejorar aún más con un poco de optimización.
Es probable que eso tenga un impacto significativo en varias áreas que dependen de amplificadores refrigerados para captar señales de radio débiles. Por ejemplo, la formación de imágenes por resonancia magnética nuclear se basa en la detección de señales de radio débiles generadas por protones en precesión en un campo magnético. Y los radioastrónomos dependen de amplificadores refrigerados para captar las señales de radio más débiles del cosmos. Los preamplificadores enfriados criogénicamente que se requieren normalmente pueden ser reemplazados por nuestro transductor, dicen Bagci y compañía.
Eso debería simplificar significativamente este tipo de trabajo. Mirando hacia el futuro, no hay ninguna razón por la que este tipo de enfoque no tenga una aplicación aún más amplia, tal vez para la comunicación ordinaria por teléfono móvil y para la navegación. La capacidad de detectar señales más débiles podría hacer que estos dispositivos sean más pequeños y consuman menos energía.
¿Y quién no necesita equipos más pequeños y que consuman menos energía?
Ref: arxiv.org/abs/1307.3467 : Detección óptica de ondas de radio a través de un transductor nanomecánico