Atrapan múltiples longitudes de ondas de luz en un solo chip

Uno de los retos que la comunidad científica aún no ha logrado superar es detener la luz por completo. Por ello, son muchos los investigadores que estudian los mecanismos que permitan captar ondas de luz y reducir su velocidad o incluso pararla totalmente.

Uno de estos investigadores es el joven ingeniero eléctrico Qiaoqiang Gan, de la Universidad de Buffalo de Nueva York, que trabaja desde hace años en esta línea con el objetivo de reducir las ondas de luz y conseguir así grandes avances en el campo de las comunicaciones ópticas, tal y como recoge este comunicado emitido por dicha universidad.

Junto con Gan, un equipo formado por los ingenieros eléctricos y químicos, Filibert Bertoli, Yongkang Gao, Yujie Ding, Kyle Wagner y Dmitri Vezenov, todos ellos de la Universidad de Lehigh, tratan de demostrar que todas las longitudes de ondas de luz se pueden ralentizar empleando un tipo de materiales que ellos mismos han desarrollado.

Estructuras capaces de frenar la luz

Según el comunicado emitido por la Universidad de Buffalo, la mayoría de los planteamientos anteriores habían señalado que la luz sólo se puede frenar sobre una gama estrecha de longitudes de ondas de luz. Pero Gan y su equipo han dado un paso adelante en este sentido, y mediante el desarrollo de una estructura metálica con ranuras en forma de rejilla han sido capaces de parar o detener las ondas de luz en un rango de longitud de onda muy amplia. De esta forma, han abierto la puerta a la posibilidad de controlar las ondas de luz en un chip.

Este logro, del que se hace eco Eurekalert, había sido previsto antes únicamente por estudios teóricos sobre metamateriales. Los resultados obtenidos resultan prometedores para la mejora del almacenaje de datos, del procesamiento de datos ópticos, de células solares y de sensores biométricos, entre otras tecnologías.

Por el momento, los científicos han logrado atrapar las ondas de luz que van desde el rojo al verde. “Ahora estamos concentrados en atrapar una longitud de onda más amplia, que abarque del rojo al azul. Queremos atrapar el arco iris entero”, avanza Gan.

El arco iris es un fenómeno óptico que presenta, en forma de arco de bandas concéntricas, los siete colores elementales, y que está causado por la refracción o reflexión de la luz solar en el agua pulverizada, generalmente perceptible en la lluvia.

Estos colores a los que se refiere la definición anterior son el rojo, el naranja, el amarillo, el verde, el azul, el añil y el violeta, y son producto de la descomposición de frecuencias de la luz.

Capaces de frenar la luz

Las estructuras desarrolladas por Gan y sus colaboradores en su estudio son capaces de atrapar múltiples longitudes de onda de la luz en un solo chip, mientras que los métodos convencionales sólo pueden atrapar una sola longitud de onda en una longitud de onda estrecha.

"La luz viaja en general muy rápidamente, pero las estructuras que crean la banda ancha pueden reducirla de forma significativa", dice Gan. "Es como si se pudiera sostener la luz en una mano."

En un artículo publicado por la revista PNAS, Gan explica que el objetivo final de sus investigaciones es lograr un gran avance en las comunicaciones ópticas de multiplexado, que es la transmisión de información (en cualquier forma) de más de una fuente a través de un mismo medio. Si estas comunicaciones se pueden producir en múltiples longitudes de onda, y los datos ópticos llegan a ser domesticados en longitudes de onda diferentes, se aumentaría el procesamiento y la capacidad de transmisión.

"Por el momento, el procesamiento de datos con las señales ópticas se ve limitado por la rapidez con que la señal puede ser interpretada", dice Gan. "Si la señal pudiera ser más lenta, se podría procesar más información sin necesidad de sobrecargar el sistema", asegura el investigador.

Chips plasmónicos

Esta ralentización se consigue con estructuras nanoplasmónicas, un tipo de material que actúa como freno ante las ondas de luz.

Gan y sus colegas crearon estas estructuras nanoplasmónicas haciendo surcos a tamaño nanométrico y a diferentes profundidades en superficies metálicas, lo que altera las propiedades de los materiales ópticos, explican los investigadores en PNAS.

Estos chips plasmónicos proporcionan la conexión crítica entre la nanoelectrónica y la fotónica, permitiendo a su vez que estos diferentes tipos de dispositivos se integren.

Las propiedades ópticas de las estructuras nanoplasmónicas permiten, según Gan y su equipo, que diferentes longitudes de onda de la luz puedan ser atrapadas en diferentes posiciones, permitiendo potencialmente el almacenamiento de datos ópticos y mejorando la óptica no lineal.

Además, también encontraron que debido a que las estructuras nanoplasmónicas desarrolladas pueden atrapar resonancias de la luz muy lentas, pueden hacerlo a temperatura ambiente, en lugar de a las temperaturas ultra frías que se requieren en las tecnologías convencionales.

Posibles aplicaciones en biomedicina

Reconocido en 2008 por el Ministerio de Educación del Gobierno chino con el premio a estudiantes sobresalientes auto-financiados en el extranjero y con varias patentes y múltiples artículos científicos publicados en diversas revistas científicas, los intereses de investigación de Gan incluyen la nanofotónica, la plasmónica y la biofotónica.

Durante los últimos tres años, el investigador ha pasado gran parte de su tiempo tratando de controlar el movimiento de ondas de luz mediante el uso de plasmones en superficie de películas de metal nanoestructurada, publica la Universidad de Lehigh.

Qiaoqiang Gan está explorando asimismo las aplicaciones de su trabajo tanto en el ámbito de las comunicaciones como en otros campos de la ciencia. Tanto es así, que está estudiando nuevas estructuras nanoplasmónicas que podrían ser de utilidad para investigar células biológicas y biomoléculas, cuyas aplicaciones se centran en el campo de los biosensores y la biomedicina.