Físicos descubren cómo generar un 'anillo excepcional'

   MADRID, 10 Sep. (EUROPA PRESS) -

   El cono de Dirac, en memoría del físico británico Paul Dirac, surgió como concepto en física de partículas y de alta energía, pero ahora ha ganado importancia en ciencia de los materiales.

   Ya se ha encontrado que describe aspectos del grafeno, una forma bidimensional de carbono, lo que sugiere la posibilidad de aplicaciones en diversos campos.

   Ahora, físicos del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), han encontrado otro fenómeno inusual producido por el cono de Dirac, descrito como 'Anillo de puntos excepcionales'. Esto conecta dos campos de investigación en física y puede tener aplicaciones en la construcción de láseres potentes, sensores ópticos precisos y otros dispositivos.

   Los resultados se publican esta semana en la revista Nature por Zhen Bo, Marin Soljaci y John Joannopoulos, del MIT; y Chia Wei Hsu, de la Universidad de Yale.

PRIMERA DEMOSTRACIÓN EXPERIMENTAL

   Este trabajo representa "la primera demostración experimental de un anillo de puntos excepcionales", dice Zhen, y es el primer estudio que concierne a la investigación en puntos excepcionales con los conceptos físicos de simetría de paridad-tiempo y los conos de Dirac.

   Los puntos excepcionales individuales son un fenómeno peculiar de una clase inusual de sistemas físicos que pueden conducir a fenómenos contrarios a la intuición. Por ejemplo, alrededor de esos puntos, materiales opacos pueden parecer más transparentes y la luz pueda ser transmitida en una sola dirección. Sin embargo, la utilidad práctica de estas propiedades está limitado por la pérdida de absorción introducida en los materiales.

   El equipo del MIT utilizó un material de nanoingeniería denominado cristal fotónico para producir el anillo excepcional. Este nuevo anillo de puntos excepcionales es diferente de los estudiados por otros grupos, por lo que es más práctico potencialmente, dicen los investigadores.

   "En lugar de la pérdida de absorción, se adopta un mecanismo diferente --pérdida de radiación-- que no afecta al rendimiento del dispositivo", dice Zhen. "De hecho, la pérdida de la radiación es útil y necesaria en dispositivos como el láser."

   Este fenómeno se pudo habilitar estableciendo nuevos tipos de sistemas ópticos con características novedosas. "Una de las principales aplicaciones posibles de este trabajo está en la creación de una sistema láser más potente de lo que las tecnologías existentes permiten" dice Soljaci. Construir un láser más potente requiere una área de acción más grande, pero eso introduce "modos" no deseados para la luz, que compiten por la energía, lo que limita la salida final.

   "Los láseres de emisión de superficie de cristal fotónico son un candidato muy prometedor para la próxima generación de láseres compactos de alta potencia y calidad" dice Soljaci, "y estimamos que podemos mejorar el límite de potencia de salida de tales láseres en un factor de al menos 10."

   "Nuestro sistema podría ser utilizado en detectores de alta precisión para materiales biológicos o químicos, debido a la sensibilidad extrema", dice Hsu. Esta sensibilidad se debe a otra propiedad exótica de los puntos excepcionales: Su respuesta a las perturbaciones no es lineal respecto a la fuerza de perturbación.