Logran confinar la luz en un canal tan pequeño como un átomo

Un equipo internacional de científicos logró confinar y guiar la luz en un espacio de un átomo de grosor, usando grafeno y materiales de dos dimensiones para hace una especie de lego a escala atómica capaz de canalizar la luz.

El estudio, que publica en la revista Sience, está firmado por el español Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, el estadounidense Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Minho (Portugal).

--- De gran utilidad en la electrónica ---

Todos los dispositivos electrónicos que utilizamos a diario, como los ordenadores y smartphones, están compuestos por miles de millones de transistores, un elemento clave y esencial para la electrónica inventado por los laboratorios Bell a finales de los años 40. El primer transistor medía aproximadamente un centímetro, pero gracias al avance de la tecnología, ha llegado a reducirse a un tamaño asombroso de 14 nanómetros, es decir, 1000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello.

En paralelo también se ha producido una carrera entre científicos para conseguir reducir al máximo los dispositivos que controlan y guían la luz, ya que esta puede funcionar como un canal de comunicación ultrarrápido, por ejemplo, entre diferentes secciones de un chip electrónico, o para sensores ultrasensibles o nuevos nanoláseres incorporados en chips.

Actualmente, se están desarrollando nuevas técnicas con el objetivo de buscar formas de confinar la luz en espacios extremadamente pequeños, millones de veces más pequeños que los actuales. Estudios previos ya han mostrado que los metales pueden comprimir la luz por debajo de su escala de longitud de onda (límite de difracción), pero este mayor confinamiento viene acompañado de pérdidas considerables de energía.

Sin embargo, según los investigadores del ICFO, este paradigma ahora ha cambiado gracias al uso del grafeno, con el que los científicos han podido alcanzar el confinamiento más pequeño posible de la luz.

--- Con metal y grafeno ---

El equipo de investigadores utilizó capas (heteroestructuras) de materiales 2D y construyó un dispositivo nano-óptico completamente nuevo, como si fuera un lego a escala atómica.

Tomaron una monocapa de grafeno (semimetal), y depositaron sobre ella una monocapa de nitruro de boro hexagonal (hBN) (aislante), y encima de esta depositaron una serie de varillas metálicas.

Una vez montado el dispositivo, enviaron luz infrarroja a través del mismo y observaron cómo se propagaban entre el metal y el grafeno.

Para poder alcanzar el espacio más pequeño concebible, decidieron reducir al máximo el espacio entre el metal y el grafeno para ver si el confinamiento de la luz seguía siendo eficiente, es decir, sin pérdidas de energía adicionales.

Sorprendentemente, vieron que la luz seguía propagándose libremente mientras estaba confinada a un canal de apenas un átomo de grosor y que simplemente aplicando una tensión eléctrica, activaban y desactivaban esta propagación.

Según los investigadores, los resultados de este descubrimiento abren un campo completamente nuevo de dispositivos opto-electrónicos que puedan tener un grosor de un nanómetro, como interruptores ópticos, detectores y sensores ultra-pequeños.

Además, este cambio de paradigma en el confinamiento del campo óptico permite explorar interacciones extremas entre la luz y la materia que antes no eran posibles

(Fuente: EFE)