Per primera vegada s’aconsegueix confinar la llum en un àtom

Ja se sabia que el grafè era capaç de guiar la llum en forma de plasmons, que són oscil·lacions dels electrons que actuen molt fortament amb la llum. El que han fet els investigadors de l’ICFO és usar dues capes de materials bidimensionals, una de grafè i un metall, a més d’un aïllant, amb què han construït un dispositiu nano òptic capaç de guiar la llum sense pèrdues addicionals

http://www.lavanguardia.com/ciencia/20180424/442954544910/grafeno-confinar-luz-atomo-icfo.html

Del grafeno se asegura que es el material del futuro por sus increíbles propiedades. No solo es el más fino que existe, sino que además es muy flexible y ligero, pero más duro que el acero, lo que permite crear estructuras muy livianas a la vez que muy resistentes. También es capaz de guiar la luz, por lo que se puede usar para fabricar dispositivos electrónicos ultrafinos y diminutos.

En este sentido, investigadores del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) de Barcelona han logrado gracias al grafeno un hito en ciencia:confinar la luz en un solo átomo de grosor, el confinamiento más pequeño posible. Además de la relevancia científica de este hallazgo, abren la puerta a poder fabricar sensores ópticos ultra sensibles y pequeños, así como detectores, interruptores, chips ultrarrápidos. Los aparatos, en definitiva, que llevaremos en el bolsillo en el futuro.

“Tradicionalmente, los investigadores han intentado confinar la luz usando metales. Lo que ocurre es que cuanto más intentas confinarla, más pérdidas de energía tienes. Por debajo de los 15 o 20 nanómetros, ya no hay luz, no se puede propagar. Nosotros hemos logrado superar ese paradigma”, explica en una entrevista a Big Vang el investigador Icrea Frank Koppens, del ICFO, que ha dirigido el estudio. “Hemos descubierto que usando grafeno podemos confinar la luz de forma más fuerte y sin pérdidas adicionales”, remacha.

El grafeno, el supermaterial que va a cambiar el futuro

El grafeno, el supermaterial que va a cambiar el futuro (Pablo González)

Desde que los laboratorios Bell inventaron el transistor, a finales de los años 40 del siglo pasado, es la principal pieza de los aparatos electrónicos. Todos los dispositivos actuales, desde ordenadores a teléfonos móviles, están formados por miles de millones de transistores. La investigación ha ido haciendo posible que estos transistores fueran cada vez más pequeños: han pasado de un centímetro, que es lo que medían los primeros, a 14 nanómetros, el tamaño de los actuales. Y con ellos, también, el tamaño de los dispositivos.

El problema es que, hasta el momento, parecía que hubiésemos llegado a un límite. No se podía seguir reduciendo el tamaño de los chips de ordenador para seguir fabricando dispositivos más finos y ligeros: cada vez que se intentaba empujar la luz por debajo del límite de difracción, se perdía tanta energía que la luz dejaba de propagarse. El descubrimiento del ICFO cambia esta situación.

Gracias al grafeno

Ya se sabía que el grafeno era capaz de guiar la luz en forma de plasmones, que son oscilaciones de los electrones que actúan muy fuertemente con la luz. Lo que han hecho los investigadores del ICFO es usar dos capas de materiales bidimensionales, una de grafeno y un metal, además de un aislante, con las que han construido un dispositivo nano óptico capaz de guiar la luz sin pérdidas adicionales.

“Al principio estábamos buscando una nueva forma de excitar los plasmones del grafeno”, dice en un comunicado de prensa David Alcaraz Iranzo, primer autor del trabajo del ICFO. “Pero descubrimos que el confinamiento de la luz era más fuerte que antes con pérdidas de energía mínimas. Así que decidimos ir hasta el límite de un átomo y obtuvimos estos resultados tan sorprendentes”.

El descubrimiento supone un un paso adelante importante para diseñar nuevos dispositivos ligeros y ultrafinos. Según Koppens, al estar la luz tan confinada, es ultrasensible y permitiría fabricar sensores sumamente pequeños y sensibles, que se podrían ubicar incluso en chips. También crear nuevos dispositivos que combinasen electrónica y fotónica.

“Siempre pensamos en la luz como algo que podemos ver pero en el futuro estará integrada en la óptica en los chips: se generará en ellos, se manipulará en ellos, se detectará en ellos. Este trabajo es un cambio de paradigma, científico, porque nadie esperaba que esto ocurriera, y también en término de aplicaciones”, concluye Koppens.

Este estudio se ha publicado en la revista Science y en él también han participado invetigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidade de Minho (Portugal).

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