Investigadores del MIT y varias otras instituciones han desarrollado un método para fabricar dispositivos fotónicos, similares a los dispositivos electrónicos pero basados ​​en la luz en lugar de la electricidad, que pueden doblarse y estirarse sin sufrir daños. Los dispositivos podrían encontrar usos en cables para conectar dispositivos informáticos, o en sistemas de diagnóstico y seguimiento que puedan estar adheridos a la piel o implantados en el cuerpo, Flexionarse fácilmente con el tejido natural.

Los resultados, que implican el uso de un tipo de vidrio especializado llamado calcogenuro, se describen en dos artículos del profesor asociado del MIT Juejun Hu y más de una docena más en el MIT, la Universidad de Florida Central, y universidades en China y Francia. El documento está programado para su publicación pronto en Luz:ciencia y aplicaciones .

Hu, quien es el Profesor Asociado Merton C.Flemings de Ciencia e Ingeniería de Materiales, dice que muchas personas están interesadas en la posibilidad de tecnologías ópticas que puedan estirarse y doblarse, especialmente para aplicaciones tales como dispositivos de monitoreo montados en la piel que podrían detectar directamente señales ópticas. Tales dispositivos podrían, por ejemplo, detectar simultáneamente la frecuencia cardíaca, niveles de oxígeno en sangre, e incluso la presión arterial.

Los dispositivos fotónicos procesan los rayos de luz directamente, utilizando sistemas de LED, lentes, y espejos fabricados con los mismos tipos de procesos utilizados para fabricar microchips electrónicos. El uso de haces de luz en lugar de un flujo de electrones puede tener ventajas para muchas aplicaciones; si los datos originales se basan en la luz, por ejemplo, El procesamiento óptico evita la necesidad de un proceso de conversión.

Pero la mayoría de los dispositivos fotónicos actuales se fabrican a partir de materiales rígidos sobre sustratos rígidos, Hu dice, y así tener un "desajuste inherente" para aplicaciones que "deberían ser suaves como la piel humana". Pero la mayoría de los materiales blandos incluyendo la mayoría de los polímeros, tener un índice de refracción bajo, lo que conduce a una capacidad deficiente para confinar un haz de luz.

En lugar de utilizar materiales tan flexibles, Hu y su equipo adoptaron un enfoque novedoso:formaron el material rígido, en este caso una capa delgada de un tipo de vidrio llamado calcogenuro, en una espiral similar a un resorte. Así como se puede hacer que el acero se estire y se doble cuando se le da forma de resorte, la arquitectura de esta bobina de vidrio le permite estirarse y doblarse libremente mientras mantiene sus deseables propiedades ópticas.

"Terminas con algo tan flexible como la goma, que se puede doblar y estirar, y todavía tiene un índice de refracción alto y es muy transparente, "Dice Hu. Las pruebas han demostrado que tales configuraciones de resorte, hecho directamente sobre un sustrato de polímero, pueden sufrir miles de ciclos de estiramiento sin una degradación detectable en su rendimiento óptico. El equipo produjo una variedad de componentes fotónicos, interconectados por el flexible, guías de ondas en forma de resorte, todo en una matriz de resina epoxi, que se hizo más rígido cerca de los componentes ópticos y más flexible alrededor de las guías de ondas.

Se han fabricado otros tipos de fotónica extensible incrustando nanobarras de un material más rígido en una base de polímero, pero esos requieren pasos de fabricación adicionales y no son compatibles con los sistemas fotónicos existentes, Dice Hu.

Tan flexible, Los circuitos fotónicos extensibles también podrían ser útiles para aplicaciones en las que los dispositivos deben adaptarse a las superficies irregulares de algún otro material. como en galgas extensiométricas. La tecnología óptica es muy sensible a la tensión, según Hu, y podría detectar deformaciones de menos de una centésima parte del 1 por ciento.

Esta investigación aún se encuentra en etapas tempranas; Hasta ahora, el equipo de Hu ha demostrado solo dispositivos individuales a la vez. "Para que sea útil, tenemos que demostrar todos los componentes integrados en un solo dispositivo, ", dice. Se está trabajando para desarrollar la tecnología hasta ese punto para que pueda aplicarse comercialmente, lo que Hu dice que podría llevar otros dos o tres años.

En otro artículo publicado la semana pasada en Fotónica de la naturaleza , Hu y sus colaboradores también han desarrollado una nueva forma de integrar capas de fotónica, hecho de vidrio calcogenuro y materiales bidimensionales como el grafeno, con circuitos fotónicos semiconductores convencionales. Los métodos existentes para integrar dichos materiales requieren que se fabriquen en una superficie y luego se despeguen y transfieran a la oblea semiconductora. lo que agrega una complejidad significativa al proceso. En lugar de, el nuevo proceso permite que las capas se fabriquen directamente sobre la superficie del semiconductor, a temperatura ambiente, permitiendo una fabricación simplificada y una alineación más precisa.

El proceso también puede hacer uso del material calcogenuro como una "capa de pasivación, "para proteger los materiales 2-D de la degradación causada por la humedad ambiental, y como una forma de controlar las características optoelectrónicas de los materiales 2-D. El método es genérico y podría extenderse a otros materiales 2D emergentes además del grafeno, para expandir y acelerar su integración con circuitos fotónicos, Dice Hu.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.