Resumen: Presentamos un sistema novedoso para modular dinámicamente la propagación de ondas en el rango de terahercios utilizando el efecto Kerr magnetoóptico en estructuras ferrimagnéticas estratificadas. Mientras los moduladores MOKE convencionales presentan respuestas lentas y poca profundidad de modulación, nuestro enfoque combina campos magnéticos espacialmente patroneados con diseños de capas optimizados y composiciones de materiales precisas para lograr modulación de alta contrasta y respuesta casi instantánea pensada para aplicaciones avanzadas en guías de onda THz.

Introducción: La radiación terahertz 0.1 a 10 THz ocupa un intervalo único entre microondas e infrarrojo y ofrece gran potencial para comunicaciones de alta capacidad, ensayos no destructivos e imágenes espectroscópicas avanzadas. La falta de elementos de control eficientes y versátiles limita su adopción práctica. El efecto Kerr magnetoóptico permite manipular la polarización de la radiación reflejada por materiales magnéticos, y con una arquitectura y control adecuados se puede convertir en una herramienta de modulación muy potente.

Marco teórico: El ángulo de rotación por efecto Kerr depende de la magnetización local y del campo magnético aplicado. En lugar de aplicar un campo uniforme, proponemos utilizar redes de microbobinas integradas que generan campos magnéticos espacialmente patroneados para inducir variaciones locales de magnetización. Al combinar esto con una heteroestructura de capas alternas ferrimagnéticas y dieléctricas, se explotan efectos de interferencia constructiva de las ondas THz reflejadas para amplificar la rotación de polarización. La contribución total de rotación resulta de la suma coherente de las aportaciones de cada capa, por lo que el espesor y el orden de las capas se diseñan para maximizar la suma en fase y minimizar cancelaciones indeseadas.

Diseño experimental y fabricación: Las heteroestructuras se fabricarán mediante deposición por láser pulsado y evaporación por haz de electrones para obtener películas delgadas de alta calidad. Las microbobinas con paso de 100 nm se definirán por fotolitografía y procesos de lift-off, y se realizarán en cobre con aislamiento dieléctrico. Para guiar las ondas THz se empleará una guía coplanar (CPW) integrada en la heteroestructura, tallada por fotolitografía y grabado. La caracterización se llevará a cabo con espectroscopía en el dominio temporal THz-TDS, generando pulsos por rectificación óptica en niobato de litio y analizando la potencia reflejada en función del campo magnético y la frecuencia.

Análisis de datos y modelado: Los registros temporales se transformarán mediante FFT para obtener la respuesta espectral. Un ajuste del modelo teórico permitirá extraer constantes físicas relevantes y parámetros de fabricación como la constante de Verdet efectiva, espesores de capa y características de las bobinas. Además incorporaremos un modelo basado en aprendizaje automático para predecir el estado de polarización ante patrones de campo magnético variables. Este modelo recurrente permitirá optimizar en tiempo real los patrones de excitación magnética y acelerar la calibración experimental.

Metodología informática y aplicaciones industriales: En Q2BSTUDIO integramos capacidades de software a medida y soluciones de inteligencia artificial para convertir prototipos físicos en sistemas comerciales. Podemos desarrollar el software de control y análisis a medida para gestionar las matrices de bobinas, procesar señales THz en tiempo real y presentar paneles de control con servicios de inteligencia de negocio. Para proyectos que requieran integración con plataformas de nube ofrecemos despliegues y gestión en servicios cloud aws y azure y arquitecturas seguras que facilitan el escalado y la monitorización.

Predicciones y validación: Esperamos alcanzar una profundidad de modulación superior al 50 por ciento en la banda 0.5 a 3 THz y una resolución espacial definida por el paso de las microbobinas en el rango de 10 a 20 micrómetros. La velocidad de conmutación estimada se sitúa en subpicosegundos, limitada por la dinámica de portadores y de espín en los materiales ferrimagnéticos utilizados. Validaremos experimentalmente las predicciones mediante comparación directa con el modelo teórico y curvas de respuesta frente a campo y frecuencia.

Trayectoria de escalado y comercialización: En el corto plazo 1 a 3 años proponemos demostrar un dispositivo proof of concept con resolución y ancho de banda iniciales, seguido en 3 a 5 años por optimizaciones de diseño y procesos compactos y económicos para integración en dispositivos funcionales. En un horizonte de 5 a 10 años el objetivo es establecer capacidad de fabricación a gran escala y desplegar la tecnología en sistemas de comunicación THz, equipos de imagen médica y detectores de seguridad.

Mitigación de riesgos: Para corregir campos magnéticos no uniformes se aplicará modelado por elementos finitos en la fase de diseño de las bobinas. La selección de materiales y el control de calidad extremos mitigarán pérdidas por absorción en banda THz. Errores de fabricación se minimizarán con control estadístico de procesos y ensayos de aceptación.

Contribución técnica: La novedad central es la combinación de campos magnéticos espacialmente patroneados con heteroestructuras diseñadas para interferencia constructiva de la rotación Kerr, junto con un lazo de retroalimentación digital que incluye modelos predictivos y control basado en aprendizaje automático. Este enfoque permite tanto mayor profundidad de modulación como velocidades de conmutación mucho más rápidas que las soluciones basadas en campos uniformes o capas únicas.

Aplicaciones y sinergias comerciales: Además de la investigación física, existe una oportunidad directa para productos de alto valor en comunicaciones inalámbricas de alta capacidad, sensores y diagnóstico médico. Q2BSTUDIO puede acompañar la transición desde el prototipo a la solución de mercado desarrollando el control embebido, paneles de telemetría, integraciones con agentes IA y servicios de inteligencia de negocio y ofreciendo soporte en ciberseguridad y testing para asegurar el despliegue confiable de las plataformas. Si necesita desarrollar la capa de control o una app para gestionar el sistema, ofrecemos servicios de desarrollo de software a medida y soluciones de inteligencia artificial aplicadas a la optimización operativa.

Comentario práctico: En términos sencillos, la propuesta actúa como un conjunto de minúsculos imanes programables que giran la polarización de las ondas THz de forma controlada y coherente. Al apilar bien las capas magnéticas y dieléctricas, las pequeñas rotaciones locales se suman y producen un efecto general mucho mayor, permitiendo dirigir, modular y conmutar señales THz con precisión y velocidad, lo que abre camino a comunicaciones más rápidas y sensores más sensibles.

Palabras clave y posicionamiento: aplicaciones a medida, software a medida, inteligencia artificial, ciberseguridad, servicios cloud aws y azure, servicios inteligencia de negocio, ia para empresas, agentes IA, power bi. En Q2BSTUDIO combinamos experiencia en desarrollo a medida, ciberseguridad y servicios cloud para acelerar la puesta en mercado de tecnologías emergentes como la modulación THz, aportando tanto la base física como la capa software y de análisis necesaria para su explotación comercial.

Conclusión: El uso de MOKE espacialmente patroneado en heteroestructuras estratificadas representa una vía prometedora para superar las limitaciones actuales en moduladores THz. Con un plan de desarrollo que integra fabricación, modelado y software avanzado, existe un camino viable hacia dispositivos de alto rendimiento y soluciones comerciales. Q2BSTUDIO está preparada para colaborar en el desarrollo de la parte de software, integración cloud y analítica avanzada necesaria para llevar esta tecnología del laboratorio al mercado.