Tendencias Científicas
Visión artística de la onda de carga que excita las estelas de plasmones supericiales. Imagen: Daniel Wintz/Patrice Genevet/Antonio Ambrosio. Fuente: Universidad de Harvard.
Cuando un pato nada en un estanque o un avión supersónico vuela por el cielo, dejan una estela a su paso. Las estelas ocurren cuando algo está viajando a través de un medio más rápido que las ondas que genera -olas de agua en el caso del pato, ondas de choque en el caso del avión, también conocidas como estampidos sónicos-.
Pueden existir ondas allá donde hay ondas, incluso si son de luz. Aunque nada viaja más rápido que la velocidad de la luz en el vacío, la luz no siempre está en el vacío. Es posible que algo se mueva más rápido que la velocidad de fase de la luz en un medio o material y genere una estela.
El más famoso ejemplo de esto es la radiación Cherenkov, que son estelas producidas a medida que las cargas eléctricas viajan a través de los líquidos más rápido que la velocidad de fase de la luz, emitiendo una estela de azul brillante.
Por primera vez, investigadores de la Universidad de Harvard (Cambridge, Massachusetts, EE.UU) han creado estelas de ondas similares a la luz moviéndose sobre una superficie metálica, llamadas plasmones de superficie, y han demostrado que se pueden controlar y dirigir.
El descubrimiento se publicó ayer en la revista Nature Nanotechnology. "La capacidad de controlar la luz es muy poderosa", dice Federico Capasso, profesor de física aplicada e investigador en ingeniería eléctrica, en la información de Harvard. "Nuestra comprensión de la óptica a macroescala ha llevado a los hologramas, Google Glass y los LEDs, por nombrar sólo unas pocas tecnologías. La nano-óptica es una parte importante del futuro de la nanotecnología y esta investigación fomenta nuestra capacidad de controlar y aprovechar el poder de la luz en la nanoescala".
La creación y el control de estelas de plasmones superficiales podrían conducir a nuevos tipos de acopladores plasmónicos y lentes que podrían crear hologramas bidimensionales o enfocar la luz en la nanoescala.
Funcionamiento
Los plasmones superficiales están confinados a la superficie de un metal. Con el fin de crear estelas a través de ellos, el equipo de Capasso diseñó una onda de carga más rápida que la luz corriendo a lo largo de un metamaterial unidimensional - como una motora a través de un lago.
El metamaterial, una nanoestructura de hendiduras rotadas grabadas en una película de oro, cambia la fase de los plasmones de superficie generados en cada ranura respecto a la otra, aumentando la velocidad de la onda.
La nanoestructura también actúa como timón de la embarcación, permitiendo que las estelas sean guiadas mediante el control de la velocidad de la onda.
El equipo descubrió que el ángulo de incidencia de la luz que brilla en el metamaterial proporciona una medida adicional de control y usando luz polarizada puede incluso invertir el sentido de la estela en relación con la onda -como una estela que viaja en la dirección opuesta de un barco.
Pueden existir ondas allá donde hay ondas, incluso si son de luz. Aunque nada viaja más rápido que la velocidad de la luz en el vacío, la luz no siempre está en el vacío. Es posible que algo se mueva más rápido que la velocidad de fase de la luz en un medio o material y genere una estela.
El más famoso ejemplo de esto es la radiación Cherenkov, que son estelas producidas a medida que las cargas eléctricas viajan a través de los líquidos más rápido que la velocidad de fase de la luz, emitiendo una estela de azul brillante.
Por primera vez, investigadores de la Universidad de Harvard (Cambridge, Massachusetts, EE.UU) han creado estelas de ondas similares a la luz moviéndose sobre una superficie metálica, llamadas plasmones de superficie, y han demostrado que se pueden controlar y dirigir.
El descubrimiento se publicó ayer en la revista Nature Nanotechnology. "La capacidad de controlar la luz es muy poderosa", dice Federico Capasso, profesor de física aplicada e investigador en ingeniería eléctrica, en la información de Harvard. "Nuestra comprensión de la óptica a macroescala ha llevado a los hologramas, Google Glass y los LEDs, por nombrar sólo unas pocas tecnologías. La nano-óptica es una parte importante del futuro de la nanotecnología y esta investigación fomenta nuestra capacidad de controlar y aprovechar el poder de la luz en la nanoescala".
La creación y el control de estelas de plasmones superficiales podrían conducir a nuevos tipos de acopladores plasmónicos y lentes que podrían crear hologramas bidimensionales o enfocar la luz en la nanoescala.
Funcionamiento
Los plasmones superficiales están confinados a la superficie de un metal. Con el fin de crear estelas a través de ellos, el equipo de Capasso diseñó una onda de carga más rápida que la luz corriendo a lo largo de un metamaterial unidimensional - como una motora a través de un lago.
El metamaterial, una nanoestructura de hendiduras rotadas grabadas en una película de oro, cambia la fase de los plasmones de superficie generados en cada ranura respecto a la otra, aumentando la velocidad de la onda.
La nanoestructura también actúa como timón de la embarcación, permitiendo que las estelas sean guiadas mediante el control de la velocidad de la onda.
El equipo descubrió que el ángulo de incidencia de la luz que brilla en el metamaterial proporciona una medida adicional de control y usando luz polarizada puede incluso invertir el sentido de la estela en relación con la onda -como una estela que viaja en la dirección opuesta de un barco.
Controlar
"Ser capaces de controlar y manipular la luz a escalas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz es muy difícil", dice Daniel Wintz, autor principal del artículo y estudiante de grado en el laboratorio de Capasso. "Es importante no sólo que observarámos estas estelas sino que encontrarámos múltiples formas de controlarlas y guiarlas."
La observación en sí misma fue un reto, dado que los "plasmones superficiales no son visibles al ojo o las cámaras", dice el co-autor principal Antonio Ambrosio. "Con el fin de ver las estelas, se utilizó una técnica experimental que recoge los plasmones a través de fibra óptica y graba la imagen."
Este trabajo podría representar un nuevo banco de pruebas para la física de estelas. "Esta investigación aborda un problema muy elegante e innovador en la física que conecta diferentes fenómenos físicos, desde las ondas de agua a los estampidos sónicos, y la radiación Cherenkov", dice Patrice Genevet, otro de los autores.
"Ser capaces de controlar y manipular la luz a escalas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz es muy difícil", dice Daniel Wintz, autor principal del artículo y estudiante de grado en el laboratorio de Capasso. "Es importante no sólo que observarámos estas estelas sino que encontrarámos múltiples formas de controlarlas y guiarlas."
La observación en sí misma fue un reto, dado que los "plasmones superficiales no son visibles al ojo o las cámaras", dice el co-autor principal Antonio Ambrosio. "Con el fin de ver las estelas, se utilizó una técnica experimental que recoge los plasmones a través de fibra óptica y graba la imagen."
Este trabajo podría representar un nuevo banco de pruebas para la física de estelas. "Esta investigación aborda un problema muy elegante e innovador en la física que conecta diferentes fenómenos físicos, desde las ondas de agua a los estampidos sónicos, y la radiación Cherenkov", dice Patrice Genevet, otro de los autores.
Referencia bibliográfica:
Patrice Genevet, Daniel Wintz, Antonio Ambrosio, Alan She, Romain Blanchard & Federico Capasso: Controlled steering of Cherenkov surface plasmon wakes with a one-dimensional metamaterial://. Nature Nanotechnology, 2015 DOI: 10.1038/nnano.2015.137.
Patrice Genevet, Daniel Wintz, Antonio Ambrosio, Alan She, Romain Blanchard & Federico Capasso: Controlled steering of Cherenkov surface plasmon wakes with a one-dimensional metamaterial://. Nature Nanotechnology, 2015 DOI: 10.1038/nnano.2015.137.
Inicio
Enviar a un amigo
Versión para imprimir
Compartir
Nuevo avance permitirá convertir el agua en combustible
CIENCIA ON LINE