MADRID, 20 Abr. (EUROPA PRESS) -
Investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han liderado un experimento para alcanzar el confinamiento máximo de la luz, a un espacio de un átomo de grosor en dimensión.
Los resultados de este descubrimiento permiten adentrarse en un mundo completamente nuevo de dispositivos opto-electrónicos que puedan tener un grosor de un nanómetro, como interruptores ópticos, detectores y sensores ultra-pequeños.
El trabajo, que se publica en 'Science', ha sido dirigido por el profesor Frank Koppens de la Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA) en el ICFO y ha sido llevado a cabo por David Alcaraz, Sebastien Nanot, Itai Epstein, Dmitri Efetov, Mark Lundeberg, Romain Parret y Johann Osmond, también del ICFO, en colaboración con la Universidad de Minho (Portugal) y el Massachusetts Institute of Technology (MIT), en Estados Unidos.
El primer transistor medía aproximadamente un centímetro, pero gracias al avance de la tecnología, ha llegado a reducirse a un tamaño de 14 nanómetros, es decir, 1.000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello. A su vez, 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 nano láseres 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 han descubierto que los metales pueden comprimir la luz por debajo de la escala de longitud de onda (límite de difracción) de la misma, pero este mayor confinamiento vendría acompañado de pérdidas considerables de energía. Sin embargo, este paradigma ha cambiado con la llegada del grafeno.
Para su trabajo, el equipo de investigadores utilizó capas (heteroestructuras) de materiales 2D y construyó un dispositivo nano-óptico completamente nuevo. Tomaron una monocapa de grafeno (semimetal), y depositaron sobre ella una monocapa de nitruro de boro hexagonal (hBN) (aislante), y encima de ésta depositaron una serie de varillas metálicas. Después, utilizaron grafeno, material capaz de guiar la luz en forma de 'plasmones', que son oscilaciones de los electrones y que interactúan fuertemente con la luz.
Una vez montado el dispositivo, enviaron luz infrarroja a través del mismo y observaron cómo los 'plasmones' 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, informó el ICFO en un comunicado.
Sorprendentemente, vieron que, incluso cuando se usaba una monocapa de hBN como el espaciador, los 'plasmones' seguían siendo excitados por la luz y podían propagarse libremente mientras estaban confinados a un canal de apenas un átomo de grosor. A su vez, simplemente aplicando una tensión eléctrica, lograron activar y desactivar esta propagación de 'plasmones', demostrando así el control de la luz guiada en canales menores a un nanómetro de altura.
