Inventan la forma más diminuta conocida de guiar la luz

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Las guías de ondas ópticas 2D podrían señalar el camino hacia una nueva tecnología.

El profesor Jiwoong Park de la Universidad de Chicago y su equipo descubrieron que una hoja de cristal de unos pocos átomos de espesor podía atrapar y transportar la luz.

Dirigir la luz de un lugar a otro es la columna vertebral de nuestro mundo moderno.

Debajo de los océanos y a través de los continentes, los cables de fibra óptica transportan luz que codifica todo, desde videos de YouTube hasta transmisiones bancarias, todo dentro de hebras del tamaño de un cabello.

Sin embargo, el profesor de la Universidad de Chicago, Jiwoong Park, se preguntó qué pasaría si hicieras mechones aún más delgados y planos, de hecho, tan delgados que en realidad son 2D en lugar de 3D. ¿Qué pasaría con la luz?

A través de una serie de experimentos innovadores, él y su equipo descubrieron que una hoja de cristal de vidrio de unos pocos átomos de espesor podía atrapar y transportar la luz.

No solo eso, sino que era sorprendentemente eficiente y podía viajar distancias relativamente largas, hasta un centímetro, lo cual es muy lejos en el mundo de la computación basada en la luz.

La investigación demuestra lo que son esencialmente circuitos fotónicos 2D y podría abrir caminos a nuevas tecnologías.

“Nos sorprendió mucho lo poderoso que es este cristal súper delgado; no solo puede contener energía, sino que la entrega mil veces más de lo que nadie ha visto en sistemas similares“, dijo el autor principal del estudio, Jiwoong Park, profesor y presidente de química y miembro de la facultad del Instituto James Franck y la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular.

“La luz atrapada también se comportó como si viajara en un espacio 2D”.

El sistema recién inventado es una forma de guiar la luz, conocida como guía de ondas, que es esencialmente bidimensional.

En las pruebas, los investigadores descubrieron que podían usar prismas, lentes e interruptores extremadamente pequeños para guiar el camino de la luz a lo largo de un chip: todos los ingredientes para circuitos y cálculos.

Los circuitos fotónicos ya existen, pero son mucho más grandes y tridimensionales.

Fundamentalmente, en las guías de ondas existentes, las partículas de luz, llamadas fotones, siempre viajan encerradas dentro de la guía de ondas.

Con este sistema, explicaron los científicos, el cristal de vidrio es en realidad más delgado que el propio fotón, por lo que parte del fotón en realidad sobresale del cristal a medida que viaja.

Es un poco como la diferencia entre construir un tubo para enviar maletas por un aeropuerto y colocarlas encima de una cinta transportadora.

Con una cinta transportadora, las maletas están abiertas al aire y puede verlas y ajustarlas fácilmente en el camino.

Este enfoque hace que sea mucho más fácil construir dispositivos complejos con cristales de vidrio, ya que la luz se puede mover fácilmente con lentes o prismas.

Los fotones también pueden experimentar información sobre las condiciones a lo largo del camino.

Piense en revisar las maletas que vienen del exterior para ver si están nevando.

Del mismo modo, los científicos pueden imaginar el uso de estas guías de ondas para fabricar sensores a nivel microscópico.

“Por ejemplo, supongamos que tiene una muestra de líquido y desea detectar si una molécula en particular está presente”, explicó Park.

“Podrías diseñarlo para que esta guía de ondas viaje a través de la muestra, y la presencia de esa molécula cambiaría el comportamiento de la luz“.

Los científicos también están interesados en construir circuitos fotónicos muy delgados que puedan apilarse para integrar muchos más dispositivos diminutos en la misma área del chip.

El cristal de vidrio que usaron en estos experimentos era disulfuro de molibdeno, pero los principios deberían funcionar para otros materiales.

Aunque los científicos teóricos habían predicho que este comportamiento debería existir, realmente darse cuenta en el laboratorio fue un viaje de años, dijeron los científicos.

“Fue un problema realmente desafiante pero satisfactorio, porque estábamos entrando en un campo completamente nuevo.

Así que todo lo que necesitábamos lo tuvimos que idear nosotros mismos, desde hacer crecer el material hasta medir cómo se movía la luz“, dijo el estudiante graduado Hanyu Hong, el co-primer autor del artículo.

Fuente: Rexmolon