Oro. La palabra recuerda los anillos de boda, tesoro enterrado y California en la década de 1840. Pero cuando el oro se reduce a 1/100, 000 del tamaño de un cabello humano, adquiere una personalidad completamente nueva.

Al unir nanopartículas de oro a la superficie de un microláser, Investigadores de la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi demostraron un peine de frecuencia que ocupa menos espacio y requiere 1000 veces menos energía que la tecnología de peine actual.

Un peine de frecuencia es un dispositivo que puede crear un arco iris de luz a partir de un solo color. Estos dispositivos se han utilizado para mejorar la ciberseguridad, detección de productos químicos tóxicos, y GPS. Sin embargo, Estos peines industriales se generan utilizando grandes sistemas que requieren vatios de potencia de entrada. Con el fin de crear sistemas más pequeños que podrían permitir aplicaciones residenciales o portátiles, los requisitos de energía para la generación de longitudes de onda y el tamaño del dispositivo deben reducirse significativamente.

El equipo de investigación dirigido por Andrea Armani, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Familia Mork, ha demostrado peines de frecuencia que requieren solo milivatios de potencia de entrada al unir nanobarras de oro a la superficie de un solo microláser. La interacción de la luz del microláser con las partículas de oro da como resultado la generación de muchas longitudes de onda adicionales. Este proceso se mejora aún más mediante un recubrimiento de polímero sobre las nanopartículas. La reducción de energía disminuye la huella del sistema y lleva la tecnología del laboratorio a aplicaciones del mundo real donde tanto el consumo de energía como el tamaño son importantes.

"Estos resultados ejemplifican lo que puede suceder si investigadores de diferentes campos trabajan juntos en un problema de ciencia básica que tiene impacto en la investigación aplicada, "dijo Armani, la Cátedra Ray Irani de Ingeniería y Ciencia de los Materiales, cuyo laboratorio forma parte del nuevo Centro Michelson de Biociencia Convergente de la USC.

"Al combinar la experiencia en óptica y nanomateriales, logramos un progreso excepcionalmente rápido que desafió y refutó el pensamiento convencional en el campo de que las nanopartículas de oro serían perjudiciales para el láser ".

El coautor principal Vinh Diep describe el proyecto como el uso de innovaciones en nanomateriales para resolver un problema de óptica integrada.

"El papel de las nanovarillas de oro es aumentar la intensidad de la luz que circula en el dispositivo, "Dijo Diep." La luz de mayor intensidad puede interactuar con moléculas orgánicas en la superficie del oro para generar otras longitudes de onda de luz. Este efecto combinado permite que la generación de peines comience a una potencia mucho menor que con el enfoque tradicional de láser pulsado ".

Diep, un estudiante de doctorado en Ciencias de los Materiales, explicó que un peine de frecuencia que contiene numerosas longitudes de onda de emisión en un amplio rango de longitudes de onda es ventajoso. Al usar el recubrimiento de nanovarillas de oro, el equipo de investigación observó un peine que puede abarcar un rango de longitud de onda de 300 nanómetros. Sin las nanovarillas de oro no se puede generar un peine con la misma potencia.

La demostración de una amplia gama muestra el gran potencial del dispositivo para aplicaciones en el desarrollo de un sistema portátil de espectroscopia química, donde la señal química solo ocurre en una longitud de onda específica, y la precisión depende de la fuente de luz.

La investigación estuvo a cargo de Vinh Diep y Rigoberto Castro-Beltrán, Becaria USC-Conacyt de la Universidad de Guanajuato. Los investigadores de ingeniería adicionales involucrados fueron el estudiante de doctorado Soheil Soltani y la becaria postdoctoral Eda Gungor. El estudio ha sido aceptado para su publicación en Fotónica ACS .