Un equipo de investigación internacional ha diseñado los primeros cristales de tiempo fotónicos realistas: materiales exóticos que amplifican rápidamente la luz. Estos avances sientan las bases para láseres, sensores y otros dispositivos ópticos más rápidos y compactos, abriendo posibilidades interesantes en áreas como las comunicaciones, la obtención de imágenes y la detección.
“Este trabajo podría conducir a la primera realización experimental de cristales de tiempo fotónicos, llevándolos a aplicaciones prácticas e industrias potencialmente transformadoras. Desde amplificadores de luz de alta eficiencia y sensores avanzados hasta tecnología láser innovadora, esta investigación desafía los límites de cómo podemos controlar la luz. – interacciones de la materia”, dijo el profesor asistente Viktor Asadchi de la Universidad Aalto en Finlandia.
Los cristales fotónicos de tiempo representan una clase única de materiales ópticos. A diferencia de los cristales tradicionales, que tienen estructuras que se repiten espacialmente, los cristales fotónicos del tiempo son uniformes en el espacio pero exhiben una oscilación periódica en el tiempo. Esta cualidad distintiva crea “bandas prohibidas de impulso”, o condiciones inusuales en las que la luz se detiene dentro del cristal mientras su intensidad aumenta rápidamente con el tiempo. Para apreciar la peculiaridad de la interacción de la luz en un cristal de tiempo fotónico, imaginemos que la luz atraviesa un medio que cambia cada segundo entre los cuadrantes entre el aire y el agua, un fenómeno notable que desafía nuestra comprensión convencional de la óptica.
Una posible aplicación de los cristales fotónicos de tiempo es la nanodetección.
“Supongamos que queremos detectar la presencia de una pequeña partícula, como un virus, un contaminante o un biomarcador de una enfermedad como el cáncer. Cuando se excita, la partícula emitirá una pequeña cantidad de luz en una longitud de onda específica. Un tiempo fotónico El cristal puede capturar esta luz y extenderla automáticamente permite una detección más eficiente con las herramientas existentes”, dijo Asadchi.
La fabricación de cristales de tiempo fotónicos para luz visible ha sido un desafío durante mucho tiempo debido a la necesidad de cambios extremadamente rápidos pero al mismo tiempo de gran amplitud en las propiedades de los materiales. Hasta la fecha, las demostraciones experimentales más avanzadas de cristales fotónicos de tiempo, desarrolladas por miembros del mismo equipo de investigación, se han limitado a frecuencias mucho más bajas, como las microondas. En su último trabajo, el equipo propone el primer enfoque práctico para lograr cristales fotónicos de tiempo “verdaderamente ópticos” a través de modelos teóricos y simulaciones electromagnéticas. Utilizando una serie de diminutas esferas de silicio, predicen que las condiciones especiales necesarias para amplificar la luz que antes estaban fuera de su alcance finalmente se podrán lograr en el laboratorio utilizando técnicas ópticas conocidas.
El equipo incluyó investigadores de la Universidad Aalto, la Universidad del Este de Finlandia, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe y la Universidad de Ingeniería de Harbin. El estudio fue publicado Fotónica de la naturaleza 12 de noviembre (10 a.m. GMT).