Un equipo internacional de investigadores de la Universidad Estatal de Moscú (Rusia), Sandia National Laboratories (EE. UU.), y la Universidad Friedrich-Schiller (Alemania) han ideado un metamaterial sintonizable ultrarrápido basado en nanopartículas de arseniuro de galio. Su estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza . El nuevo metamaterial óptico allana el camino para la transferencia de información ultrarrápida a nanoescala.

Los metamateriales ópticos son medios artificiales que adquieren propiedades ópticas inusuales debido a la nanoestructuración. Durante casi 20 años, Los investigadores han diseñado muchos dispositivos basados ​​en metamateriales, incluidos los que ocultan objetos a los sensibles a concentraciones mínimas de sustancias. Sin embargo, sobre la fabricación, las propiedades del metamaterial permanecen fijas. El equipo ideó una forma de "activar" y "desactivar" los metamateriales, "y hacerlo muy rápido, más de 100 mil millones de veces por segundo.

Los investigadores fabricaron el metamaterial a partir de una fina película de arseniuro de galio mediante litografía por haz de electrones con posterior grabado con plasma. El material consta de una serie de nanopartículas semiconductoras, que puede concentrar resonantemente y "retener" la luz en la nanoescala. En otras palabras, cuando la luz ilumina el metamaterial, está "atrapado" dentro de las nanopartículas e interactúa de manera más eficiente con ellas.

El principio de funcionamiento del metamaterial sintonizable ultrarrápido radica en la generación de pares de agujeros de electrones. En el estado estacionario, el metamaterial es reflexivo. Luego, los investigadores iluminan el metamaterial con un pulso láser ultracorto. Su energía se utiliza para generar electrones y vacíos de electrones ("huecos") en el material. La presencia de electrones y huecos cambia las propiedades del metamaterial de modo que ya no es reflectante. En una fraccion de segundo, los electrones y los huecos desaparecen al encontrarse, y el metamaterial vuelve a ser reflexivo. De este modo, es posible construir elementos lógicos ópticos, lo que también abre la posibilidad de crear ordenadores ópticos ultrarrápidos.

En 2015, una parte de la misma colaboración informó sobre un dispositivo similar basado en nanoestructuras de silicio. En su nuevo estudio, se utilizó arseniuro de galio en lugar de silicio, lo que aumentó en un orden de magnitud la eficiencia de controlar la luz a través de la luz en metamateriales.

En el futuro, la investigación podría permitir la creación de dispositivos de transferencia de información con velocidades de procesamiento de decenas y cientos de terabits por segundo. La demostración de metamateriales semiconductores sintonizables altamente eficientes es un paso significativo hacia tales velocidades de procesamiento de información.