Encontrar nuevas formas de frenar las ondas de luz fugaces o incluso detenerlas en seco podría conducir a dispositivos fotónicos más avanzados, como láseres, pantallas LED, fibra óptica y sensores.
En una astuta trampa hecha de un cristal de silicio modificado para comportarse como si estuviera deformado, los científicos han encontrado una nueva forma flexible de hacer que las ondas de luz permanezcan absolutamente quietas.
La luz se puede detener de diferentes maneras, como enfriando nubes de átomos o incluso trenzando ondas de luz. Este nuevo método, de AMOLF y la Universidad Tecnológica de Delft en Países Bajos, tiene ventajas que podrían hacer realidad nuevas aplicaciones tecnológicas.
“Este principio ofrece un nuevo enfoque para ralentizar los campos de luz y así mejorar su fuerza”, dice el físico Ewold Verhagen de AMOLF. “Realizar esto en un chip es particularmente importante para muchas aplicaciones”.
El trabajo del equipo se basó en la manipulación de electrones utilizando materiales bidimensionales como el grafeno. En un material conductor, los electrones pueden moverse libremente, desplazándose como una pequeña autopista. Sin embargo, la aplicación de un campo magnético puede restringir el movimiento de los electrones a ciertas energías, conocidas como Niveles de Landau .
No son sólo los imanes los que empujan los electrones a los niveles de Landau. El grafeno bidimensional, que consta de una sola capa de átomos, también puede hacerlo. Normalmente, el grafeno es conductor; pero si deformas o distorsionas el grafeno, por ejemplo estirándolo, puedes confinar los electrones a niveles de Landau, convirtiendo el material normalmente conductor en un aislante.
Junto con René Barczyk de AMOLF y Kobus Kuipers de la Universidad de Delft, Verhagen intentó descubrir si podían encontrar un material que tuviera un efecto similar en los fotones al que el grafeno deformado tiene en los electrones.
Ahora, la luz se puede manipular con un material similar al grafeno, llamado cristal fotónico. Y los investigadores descubrieron que podían detener las ondas de luz de manera similar.
“Un cristal fotónico normalmente consiste en un patrón regular (bidimensional) de agujeros en una capa de silicio. La luz puede moverse libremente en este material, al igual que los electrones en el grafeno”. Barczyk explica.
“Romper esta regularidad exactamente de la manera correcta deformará la matriz y, en consecuencia, bloqueará los fotones. Así es como creamos niveles Landau para los fotones”.
Los cristales fotónicos en forma de panal del equipo pudieron confinar la luz a los niveles de Landau mediante un proceso que representaba diferentes tipos de deformación, como curvaturas o deformaciones. E incluso fueron capaces de inducir diferentes tipos de deformación en diferentes lugares del mismo material, dando como resultado un cristal fotónico en el que la luz puede fluir libremente en algunas partes, pero queda confinada en otras.
El descubrimiento requiere mayor desarrollo, pero acerca a los científicos un paso más al control preciso de la luz a escalas muy pequeñas.
“Esto acerca las aplicaciones en chip”, dice Verhagen.
“Si podemos confinar la luz a nanoescala y detenerla de esta manera, su intensidad aumentará enormemente. Y no sólo en un lugar, sino en toda la superficie del cristal. Esta concentración de luz es muy importante en los dispositivos nanofotónicos, por ejemplo ejemplo para el desarrollo de láseres eficientes o fuentes de luz cuánticas”.
La investigación del equipo ha sido publicada en Fotónica de la naturaleza.