Un nuevo dispositivo dobla la luz visible dentro de un cristal para producir radiación "sincrotrón" (azul y verde) a través de un pulso de luz acelerado (rojo) en una escala mil veces más pequeña que las instalaciones masivas de todo el mundo. Crédito:Imagen de la Universidad de Michigan / Meredith Henstridge
La instalación de aceleración DESY en Hamburgo, Alemania, continúa por millas para albergar una partícula que da vueltas de un kilómetro a casi la velocidad de la luz. Ahora los investigadores han reducido tal instalación al tamaño de un chip de computadora.
Un equipo de la Universidad de Michigan en colaboración con la Universidad de Purdue creó un nuevo dispositivo que aún se adapta a la velocidad a lo largo de caminos circulares, sino para producir frecuencias de luz más bajas en el rango de aplicaciones de terahercios, como identificar billetes de un dólar falsificados o distinguir entre tejido canceroso y tejido sano.
"Para que la luz se convierta en una curva, tienes que esculpir cada pieza del haz de luz a una intensidad y fase particulares, y ahora podemos hacer esto de una manera extremadamente quirúrgica, "dijo Roberto Merlin, Peter A. Franken, profesor colegiado de física de la Universidad de Michigan.
El trabajo se publica en la revista Ciencias . Por último, este dispositivo podría adaptarse convenientemente para un chip de computadora.
"Cuantas más fuentes de terahercios tengamos, el mejor. Esta nueva fuente también es excepcionalmente más eficiente, y mucho menos que es un sistema masivo creado a escala milimétrica, "dijo Vlad Shalaev, Bob y Anne Burnett, profesor distinguido de Ingeniería Eléctrica e Informática de Purdue.
El dispositivo que construyeron los investigadores de Michigan y Purdue genera la llamada radiación "sincrotrón", que es energía electromagnética emitida por partículas cargadas, como electrones e iones, que se mueven cerca de la velocidad de la luz cuando los campos magnéticos se desvían.
Varias instalaciones en todo el mundo, como DESY, generar radiación de sincrotrón para estudiar una amplia gama de problemas, desde la biología hasta la ciencia de los materiales.
Este pulso de luz acelerado (izquierda) cumplió con las expectativas (derecha) de que seguiría una trayectoria curva y emitiría radiación en las frecuencias de terahercios de la tecnología de seguridad y otras aplicaciones de detección. Crédito:video de la Universidad de Michigan / Meredith Henstridge
Pero los esfuerzos anteriores para desviar la luz para seguir una trayectoria circular se han presentado en forma de lentes o moduladores de luz espacial demasiado voluminosos para la tecnología en chip.
Un equipo dirigido por Merlin y Meredith Henstridge, ahora investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia, sustituyó estas formas más voluminosas con aproximadamente 10 millones de pequeñas antenas impresas en un cristal de tantalita de litio, llamado "metasuperficie, "diseñado por el equipo de Michigan de Anthony Grbic y construido por investigadores de Purdue.
Los investigadores utilizaron un láser para producir un pulso de luz visible que dura una billonésima de segundo. El conjunto de antenas hace que el pulso de luz se acelere a lo largo de una trayectoria curva dentro del cristal.
En lugar de una partícula cargada girando en espiral durante kilómetros, el pulso de luz desplazó a los electrones de sus posiciones de equilibrio para crear "momentos dipolares". Estos momentos dipolares se aceleraron a lo largo de la trayectoria curva del pulso de luz, resultando en la emisión de radiación de sincrotrón de manera mucho más eficiente en el rango de terahercios.
"Esto aún no se está construyendo para un chip de computadora, pero este trabajo demuestra que la radiación de sincrotrón podría eventualmente ayudar a desarrollar fuentes de terahercios en chip, "Dijo Shalaev.
