Mar, 08/01/2019

Nature Communications acaba de publicar un estudio realizado por investigadores del ICMA y del CUD de Zaragoza sobre la miniaturización de cristales fotónicos, de utilidad en campos como la computación, la medicina o el medioambiente  

Controlar la luz en escalas nanométricas para construir un mundo más conectado, seguro y saludable

Imagen óptica y simulación numérica de uno de los cristales fotónicos fabricados en el estudio, en el que también han colaborado científicos del Donostia International Physics Center, del CIC nanoGUNE y de la Universidad de Oviedo.

 

La prestigiosa revista Nature Communications acaba de publicar un estudio titulado "Deeply subwavelength phonon-polaritonic crystal made of a van der Waals material", en el que se presenta un cristal fotónico, es decir, un sistema fotónico que permite dirigir, moldear y controlar el camino que sigue la luz dentro de él, que opera en un régimen sin precedentes. El cristal fotónico investigado es el más pequeño fabricado hasta la fecha en relación a la longitud de onda de la luz para la cual ha sido diseñado, el infrarrojo (en torno a 7 micras). Consiste en una lámina ultra delgada (38 nanómetros o 0.000038 mm) de un material 2D, perforada por agujeros que forman un patrón periódico. La clave de tal grado de miniaturización la tiene un tipo de luz que no se esparce en todas las direcciones del espacio, como hace la de una bombilla, sino que se encuentra ultra confinada en el material. Por lo tanto, la luz fluye literalmente a través del cristal fotónico.

En los diseños tradicionales, la anchura del dispositivo y la longitud de onda son comparables. Pero en el estudio propuesto, en el que han participado los investigadores Sergio Gutiérrez Rodrigo y Luis Martín Moreno, del Centro Universitario de la Defensa (CUD) de Zaragoza y el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA), respectivamente, en colaboración con científicos del Donostia International Physics Center, del CIC nanoGUNE y de la Universidad de Oviedo, la relación entre la anchura del nanodispositivo y longitud de onda es como la de que hay entre el tamaño de un recién nacido y la altura de la Basílica del Pilar de Zaragoza. Esto permite que el volumen del nanodispositivo sea 10.000 veces menor que el que tendría un cristal fotónico convencional si operase en el mismo rango del espectro luminoso. Este tipo de cristales fotónicos podrían dar lugar en un futuro a nuevos dispositivos ópticos en el infrarrojo, un régimen de energías clave, por ejemplo, desde el punto de vista de la detección de sustancias peligrosas. 

 

La Nanofotónica, un campo con infinitas aplicaciones

El estudio que publican en Nature Communications los investigadores del ICMA y el CUD de Zaragoza pertenece al campo de la Nanofotónica, ciencia que se ocupa del estudio de las interacciones de la luz con estructuras cuyos elementos más elementales pueden tener anchura atómica, como ocurre en los nanodispositivos basados en grafeno.

Uno de los objetivos principales de la Nanofotónica es el de miniaturizar los dispositivos ópticos, llevándolos a la escala nanométrica. Así, en este campo se investiga el desarrollo de nanodispositivos ópticos eficientes desde el punto de vista energético y que puedan integrarse con los chips de silicio utilizados actualmente en computación, permitiendo la utilización de la luz como agente portador de información. Por otra parte, el hecho de que las ondas electromagnéticas interactúen con la materia da lugar a sistemas de detección altamente sensibles, que son fundamentales en tecnologías de la información y la comunicación, medicina, seguridad, industria y medioambiente, entre otros campos.

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