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    Los cristales fotónicos revelan sus características internas con un nuevo método

    Esta imagen muestra contornos de isofrecuencia teóricos (derecha) y experimentales (izquierda) de placas de cristal fotónico superpuestas entre sí. Crédito:Instituto de Tecnología de Massachusetts

    Una nueva técnica desarrollada por investigadores del MIT revela los detalles internos de los cristales fotónicos, materiales sintéticos cuyas exóticas propiedades ópticas son objeto de una amplia investigación.

    Los cristales fotónicos se obtienen generalmente perforando millones de minúsculos agujeros en una losa de material transparente, utilizando variaciones de los métodos de fabricación de microchips. Dependiendo de la orientación exacta, Talla, y espaciamiento de estos agujeros, Estos materiales pueden exhibir una variedad de propiedades ópticas peculiares, incluyendo "superlente, "que permite un aumento que supera los límites teóricos normales, y "refracción negativa, "en el que la luz se dobla en una dirección opuesta a su trayectoria a través de materiales transparentes normales.

    Pero para comprender exactamente cómo se mueve la luz de varios colores y desde varias direcciones a través de los cristales fotónicos, se requieren cálculos extremadamente complejos. Los investigadores suelen utilizar enfoques muy simplificados; por ejemplo, solo pueden calcular el comportamiento de la luz en una sola dirección o para un solo color.

    En lugar de, la nueva técnica hace que la gama completa de información sea directamente visible. Los investigadores pueden utilizar una configuración de laboratorio sencilla para mostrar la información, un patrón de los llamados "contornos de isofrecuencia", en una forma gráfica que puede ser simplemente fotografiada y examinada. en muchos casos eliminando la necesidad de cálculos. El método se describe esta semana en la revista. Avances de la ciencia , en un artículo del postdoctorado del MIT Bo Zhen, Emma Regan, recién graduada de Wellesley College y afiliada al MIT, Los profesores de física del MIT, Marin Soljacic y John Joannopoulos, y otros cuatro.

    El descubrimiento de esta nueva técnica, Zhen explica, surgió al observar de cerca un fenómeno que los investigadores habían notado e incluso utilizado durante años, pero cuyos orígenes no habían entendido previamente. Los patrones de luz dispersa parecían extenderse en abanico de muestras de materiales fotónicos cuando las muestras se iluminaban con luz láser. La dispersión fue sorprendente, ya que la estructura cristalina subyacente fue fabricada para ser casi perfecta en estos materiales.

    "Cuando intentábamos hacer una medición láser, siempre veríamos este patrón, "Dice Zhen." Vimos esta forma, pero no sabíamos qué estaba pasando ". Pero les ayudó a alinear correctamente su configuración experimental, porque el patrón de luz dispersa aparecería tan pronto como el rayo láser estuviera alineado correctamente con el cristal. Tras un análisis cuidadoso, se dieron cuenta de que los patrones de dispersión eran generados por pequeños defectos en el cristal, agujeros que no tenían una forma perfectamente redonda o que estaban ligeramente ahusados ​​de un extremo al otro.

    "Existe un desorden de fabricación incluso en las mejores muestras que se pueden hacer, "Dice Regan." La gente piensa que la dispersión sería muy débil, porque la muestra es casi perfecta, "pero resulta que en ciertos ángulos y frecuencias, la luz se dispersa con mucha fuerza; se puede dispersar hasta el 50 por ciento de la luz entrante. Iluminando la muestra sucesivamente con una secuencia de diferentes colores, es posible crear una visualización completa de las trayectorias relativas que toman los haces de luz, en todo el espectro visible. La luz dispersa produce una vista directa de los contornos de isofrecuencia, una especie de mapa topográfico de la forma en que los rayos de luz de diferentes colores se doblan al pasar a través del cristal fotónico.

    "Esto es muy lindo, forma muy directa de observar los contornos de isofrecuencia, "Dice Soljacic." Simplemente ilumina la muestra, con la dirección y frecuencia correctas, "y lo que surge es una imagen directa de la información necesaria, él dice.

    El hallazgo podría ser útil para varias aplicaciones diferentes, dice el equipo. Por ejemplo, podría conducir a una forma de hacer grandes, pantallas de visualización transparentes, donde la mayor parte de la luz pasaría directamente como a través de una ventana, pero la luz de frecuencias específicas se dispersaría para producir una imagen clara en la pantalla. O, el método podría usarse para hacer exhibiciones privadas que solo serían visibles para la persona directamente en frente de la pantalla.

    Debido a que se basa en imperfecciones en la fabricación del cristal, este método también podría utilizarse como medida de control de calidad para la fabricación de dichos materiales; las imágenes proporcionan una indicación no solo de la cantidad total de imperfecciones, sino también su naturaleza específica, es decir, si el trastorno dominante en la muestra proviene de agujeros no circulares o de grabados que no son rectos, para que el proceso se pueda ajustar y mejorar.

    El equipo también incluyó a investigadores del Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT, incluido Yuichi Igarashi (ahora en NEC Corporation en Japón), Ido Kaminer, Chia Wei Hsu (ahora en la Universidad de Yale), y Yichen Shen. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército a través del Instituto de Nanotecnologías de Soldados del MIT, y por el Departamento de Energía de EE. UU. a través de S3TEC, un Centro Fronterizo Energético.

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