Un equipo dirigido por físicos de la Universidad de Utah ha descubierto cómo solucionar un problema importante que ocurre en los láseres hechos de un nuevo tipo de material llamado puntos cuánticos. El fenómeno nunca antes visto será importante para un campo emergente de investigación fotónica, incluyendo un día haciendo micro-chips que codifican información usando luz en lugar de electrones.

El estudio, publicado el 4 de febrero, 2019, en el diario Comunicaciones de la naturaleza .

Los láseres son dispositivos que amplifican la luz, a menudo produciendo un solo, haz de luz estrecho. La fuerza del rayo depende del material con el que se construyó el láser; la luz atraviesa el material, que produce un haz de ondas de luz todas con longitudes de onda similares, concentrando mucha energía en un área pequeña. Esta propiedad del material para poder amplificar la energía del rayo se llama "ganancia".

Muchos científicos están construyendo láseres con puntos cuánticos. Los puntos cuánticos son pequeños cristales de materiales semiconductores que crecen hasta tamaños de solo unos 100 átomos de ancho. El tamaño de los cristales determina la longitud de onda del haz de luz, de la luz azul a la luz roja e incluso a la infrarroja.

La gente está interesada en los láseres de puntos cuánticos porque pueden ajustar las propiedades simplemente haciendo crecer los cristales en diferentes tamaños utilizando diferentes materiales semiconductores y eligiendo diferentes formas y tamaños de los láseres. La desventaja es que los láseres de puntos cuánticos a menudo contienen defectos minúsculos que dividen la luz en múltiples longitudes de onda, que distribuye la energía del rayo y lo hace menos potente. Idealmente, desea que el láser concentre la potencia en una longitud de onda.

El nuevo estudio buscó corregir este defecto. Primero, colaboradores del Instituto de Tecnología de Georgia fabricaron 50 láseres microscópicos de puntos cuánticos en forma de disco a partir de seleniuro de cadmio. Luego, el equipo de U demostró que casi todos los láseres individuales tenían defectos que dividían las longitudes de onda de los haces.

Luego, los investigadores acoplaron dos láseres para corregir la división de la longitud de onda. Ponen un láser a máxima ganancia, que describe la máxima cantidad de energía posible. Para lograr una ganancia total, los científicos arrojaron luz verde, llamada luz de "bomba", en el primer láser. El material de puntos cuánticos absorbió la luz y volvió a emitir un rayo de luz roja más potente. Cuanto más fuerte era la luz verde que brillaban en el láser, cuanto mayor sea la ganancia de energía. Cuando el segundo láser no tuvo ganancia, la diferencia entre los dos láseres impidió cualquier interacción, y aún se produjo la división. Sin embargo, cuando el equipo iluminó con una luz verde el segundo láser, su ganancia aumentó, cerrando la diferencia de ganancia entre los dos láseres. Una vez que la ganancia en los dos láseres se volvió similar, la interacción entre los dos láseres corrigió la división y enfocó la energía en una sola longitud de onda. Esta es la primera vez que alguien observa este fenómeno.

Los hallazgos tienen implicaciones para un nuevo campo, llamada investigación de óptica y fotónica. En los últimos 30 años, los investigadores han estado experimentando con el uso de la luz para transportar información, en lugar de los electrones utilizados en la electrónica tradicional. Por ejemplo, en lugar de poner muchos electrones en un microchip para hacer funcionar una computadora, algunos imaginan usar luz en su lugar. Los láseres serían una gran parte de eso y corregir la división de la longitud de onda puede proporcionar un beneficio significativo para controlar la información a través de la luz. También podría ser una gran ventaja utilizar materiales como puntos cuánticos en este campo.

"No es imposible que alguien pueda hacer un láser sin defectos con puntos cuánticos, pero sería caro y consumiría mucho tiempo. En comparación, el acoplamiento es más rápido, mas flexible, forma rentable de corregir el problema, "dijo Evan Lafalce, profesor asistente de investigación de física y astronomía en la U y autor principal del estudio. "Este es un truco para que no tengamos que hacer láseres de puntos cuánticos perfectos".