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Al reducir los elementos que guían el paso de la luz también se podrá achicar el tamaño de los dispositivos

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 construir una especie de lego a escala atómica capaz de canalizar la energía. Este descubrimiento podría conducir a una nueva generación de dispositivos electrónicos, basados en chip o sensores que logran velocidades y dimensiones nunca antes imaginadas.

El estudio, que fue publica hoy jueves en la revista Science, está firmado por investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de Estados Unidos y de la Universidad de Minho, en Portugal.

Para entender la importancia de este confinamiento máximo de la luz en tan poco espacio, es necesario recordar que todos los dispositivos electrónicos -computadoras, téléfonos y todo lo que requiera un chip- están compuestos por miles de millones de transistores.

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, mil veces más pequeño que el diámetro de un cabello.

La misma carrera tiene lugar entre científicos que pretenden 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.

Sin embargo, este paradigma ahora ha cambiado gracias al uso del grafeno, con el que los científicos alcanzaron el aislamiento más pequeño posible de la luz. Este cambio en el confinamiento del campo óptico permite explorar las interacciones extremas entre la luz y la materia que antes no eran posibles

Para tener una idea de la escala, las dimensiones del átomo son miles de veces más pequeñas que la longitud de onda de la luz (400-700 nm) por lo que estos no pueden ser observados utilizando instrumentos ópticos. En comparación, si una manzana fuera del tamaño de la Tierra, los átomos en ella serían tan grandes como la manzana original.

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.

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