Teorizan una partícula de materia y luz con propiedades únicas

MADRID, 7 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Un nuevo tipo de 'cuasipartícula' teorizada por el físico teórico de Caltech Gil Refael, denominada topolariton, tiene la virtud única de estar formada a partes iguales por materia y luz.

   El topolariton podría ayudar a mejorar la eficiencia de una amplia gama de dispositivos de tecnología fotónica, tales como amplificadores ópticos, células solares fotovoltaicas, e incluso los escáneres de código de barras, que crean, manipulan, o detectan la luz.

   Los electrones que viajan a través de los semiconductores utilizados en los ordenadores modernos pierden energía en forma de calor debido a la resistencia. Este no es el caso de las señales de luz, que pueden sin embargo perder capacidad de transmisión por otras causas, como los reflejos no deseados y la dispersión de fotones, o partículas de luz.

   Refael dice que el topolariton podría reducir tal degradación de la señal y mejorar la estabilidad de los fotones mientras se mueven a lo largo de los bordes de los semiconductores. Describió la partícula y sus propiedades en un artículo publicado en la edición de julio de 2015 de la revista Physical Review X.

   El trabajo de Refael en Caltech se concentra en los aspectos cuánticos de la materia, incluyendo el entrelazamiento cuántico (en el que las partículas cuánticas comparten comportamientos, independientemente de la distancia), la computación cuántica, y la emergencia y control de los nuevos estados cuánticos.

   Las cuasipartículas, tales como el topolariton, son entidades que exhiben algunas, pero no todas, de las características de las partículas elementales como los electrones y los quarks que componen los átomos.

   Algunos ejemplos de cuasi-partículas incluyen fonones ("paquetes" de átomos o moléculas que vibran colectivamente), solitones (paquetes de ondas solitarias o pulsos que conservan su forma mientras se mueven a una velocidad constante), y excitones (formados cuando un electrón se une con un orificio de electrón, o el vacío que queda cuando un electrón deja un orbital de valencia). La interacción de los fotones con los excitones puede formar el polariton. El topolartion sería un tipo de éste último con la habilidad de fluir en una dirección a lo largo de los bordes de pozos cuánticos semiconductores incrustados en cavidades ópticas.

   Debido a que los topolaritones son materia y luz, podrían ser guiados y controlados en el medio óptico mediante reflectores o huecos de banda fotónica, regiones en el medio óptico a través de las cual los fotones no pueden viajar. Además, la dirección del movimiento de un topolariton podría ser revertida por la aplicación de un campo magnético. "Esto sería como un filtro de un solo sentido para la luz, proporcionando una comunicación bidireccional con un mínimo de pérdidas de energía", dice Refael.

   Dispositivos fotónicos son actualmente de uso generalizado, y se espera que eventualmente reemplacen a los semiconductores tradicionales en muchas aplicaciones. Son más eficientes y precisos, funcionan mejor en distancias largas, y ahorran energía. También son menos propensos a la interferencia de las influencias externas tales como campos electromagnéticos. Explotando los topolaritones en este tipo de dispositivos debe conducir a nuevas mejoras en su desempeño.

   Pasar de la teoría a las aplicaciones prácticas, sin embargo, puede ser un proceso bastante largo, admite Refael. "Vamos a tener que crear algunos nuevos interfaces entre el mundo fotónico y el mundo electrónico", dice. Uno de los retos es hacer guías de ondas fotónicas de una dirección para la luz visible. Los topolaritones proporcionan una ruta para este tipo de dispositivos utilizando la tecnología de semiconductores estándar, y también pueden actuar como intermediarios entre los dispositivos de fotónicos y basados en electrones, un paso necesario para cualquier dispositivo optoelectrónico ".