Una prisión en miniatura para fotones, esa es la nanocavidad descubierta por científicos de la Universidad de Twente. Es una cavidad extremadamente pequeña rodeada por un cristal óptico, una estructura de poros grabada en dos direcciones perpendiculares. Confinar fotones en esta cavidad 3-D puede conducir a láseres y LED diminutos y eficientes, almacenamiento de información o sensores de luz ultrasensibles. Los resultados se publican en Revisión física B , una de las revistas de la American Physical Society.

Las técnicas para atrapar la luz son fundamentales en la fotónica. Una cavidad conocida consta de dos espejos entre los cuales se formará una onda estacionaria de un cierto color de luz, dependiendo de la distancia entre los espejos. Este es el principio de funcionamiento de un láser. Pero la luz que se filtra hacia los lados nunca se volverá a reflejar. ¿Es posible atrapar un fotón dentro de una 'celda de prisión' tridimensional rodeada de espejos? Ciertamente así es, los investigadores de UT ahora demuestran. Los espejos, en este caso, están formados por un cristal fotónico tridimensional, que consta de poros que se han grabado profundamente en silicio en dos direcciones, perpendiculares entre sí.

Los cristales fotónicos son conocidos por sus propiedades de luz muy especiales. La estructura y periodicidad de los poros permiten que solo la luz de ciertas longitudes de onda se propague dentro del cristal. Pero, ¿cómo se crea una cavidad para atrapar un fotón en una estructura como esta? En su nuevo periódico, los investigadores de UT muestran que esto es posible cambiando deliberadamente el diámetro de dos poros. En su punto de cruce, se forma una irregularidad o defecto en el interior del cristal. Esta pequeña cavidad está rodeada por la estructura cristalina periódica, forzando al fotón a regresar a la cavidad. Simplemente no hay escapatoria. "Nuestros cálculos muestran que en este pequeño volumen de la cavidad, la energía óptica se mejora hasta en 2, 400 veces en comparación con el exterior del cristal. Esta es una mejora muy grande, dadas las pequeñas dimensiones, "dice el Dr. Devashish, el autor principal del artículo.

Ligero

Al alterar la estructura periódica localmente, el cristal también muestra una absorción considerable de luz visible, hasta diez veces la absorción del silicio a granel. "Esta fuerte absorción, en un volumen muy pequeño, es una gran propiedad para sensores nuevos. Gracias a la alta densidad de poros, el cristal es muy ligero, también lo llamamos 'agujereado' ", Dice el profesor Willem Vos. Es el líder del grupo Complex Photonics Systems en el Instituto MESA + de UT.

En publicaciones anteriores, El grupo demostró que los cristales fotónicos en forma de diamante pueden reflejar una gama muy amplia de colores de luz para todos los ángulos:estos resultados llevaron al nuevo descubrimiento que ahora se presenta. En las próximas generaciones de circuitos integrados fotónicos (PIC), Se espera que las nanocavidades desempeñen un papel importante en el tratamiento de señales ópticas. en almacenamiento de información o dispositivos fotónicos cuánticos.

La investigación fue realizada por el grupo Complex Photonic Systems, junto con el grupo de Matemáticas de Ciencias Computacionales, ambos del Instituto MESA + de UT.

El artículo "Cavidad de banda prohibida fotónica tridimensional con soporte finito:densidad de energía mejorada y absorción óptica" apareció en Revisión física B , Edición de febrero de 2019.