En 1884, un maestro de escuela y teólogo llamado Edwin Abbott escribió una novela llamada Flatland, que cuenta la historia de un mundo poblado por formas bidimensionales sensibles. Aunque pretende ser una sátira de las rígidas normas sociales victorianas, Flatland ha fascinado durante mucho tiempo a matemáticos y físicos y sirvió de escenario para muchos experimentos mentales.

Uno de esos experimentos mentales:¿cómo se puede controlar la luz en dos dimensiones?

Cuando una onda de luz está confinada en un plano bidimensional por ciertos materiales, se convierte en algo conocido como polaritón, una partícula que difumina la distinción entre luz y materia. Los polaritones tienen implicaciones interesantes para el futuro de los circuitos ópticos porque, a diferencia de los circuitos integrados electrónicos, La óptica integrada es difícil de miniaturizar con materiales de uso común. Los polaritones permiten que la luz se limite estrechamente a la nanoescala, incluso potencialmente hasta el espesor de unos pocos átomos.

El desafío es todas las formas que tenemos actualmente para controlar la luz:lentes, guías de ondas, prismas — son tridimensionales.

"La capacidad de controlar y confinar la luz con circuitos ópticos totalmente reprogramables es vital para los futuros dispositivos nanofotónicos altamente integrados, "dijo Michele Tamagnone, becario postdoctoral en Física Aplicada en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS).

Ahora, Tamagnone y un equipo de investigadores de SEAS han desarrollado componentes ópticos regrabables para ondas de luz de superficie. La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza .

En investigaciones anteriores, el equipo, dirigido por Federico Capasso, el profesor Robert L.Wallace de física aplicada y el investigador principal Vinton Hayes en ingeniería eléctrica, demostró una técnica para crear y controlar polaritones atrapando la luz en una escama de nitruro de boro hexagonal. En este estudio, los investigadores colocaron esas escamas en la superficie de un material conocido como GeSbTe (GST), los mismos materiales que se usan en la superficie de los CD regrabables y los discos Blu-ray.

"La propiedad regrabable de GST utilizando pulsos láser simples permite la grabación, borrado y reescritura de bits de información. Usando ese principio, creamos lentes, prismas y guías de ondas escribiéndolos directamente en la capa de material, "dijo Xinghui Yin, becario postdoctoral en SEAS y co-primer autor del estudio.

Las lentes y prismas de este material no son objetos tridimensionales como en nuestro mundo, sino formas bidimensionales, como serían en Flatland. En lugar de tener una lente semiesférica, los polaritones del material Flatland-esc pasan a través de un semicírculo plano de material refractor que actúa como una lente. En lugar de viajar a través de un prisma, viajan a través de un triángulo y en lugar de fibras ópticas, los polaritones se mueven a través de una línea simple, que guía las olas a lo largo de un camino predefinido.

Usando una técnica conocida como microscopía de campo cercano, que permite la obtención de imágenes de características mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz, los investigadores pudieron ver estos componentes en funcionamiento. También demostraron por primera vez que es posible borrar y reescribir los componentes ópticos que crearon.

"Esta investigación podría conducir a nuevos chips para aplicaciones como la detección química de una sola molécula, Dado que los polaritones en nuestros dispositivos regrabables corresponden a frecuencias en la región del espectro donde las moléculas tienen sus huellas dactilares de absorción reveladoras, "dijo Capasso.