un bosquejo del montaje experimental; el recuadro muestra una micrografía electrónica de barrido (SEM) de la microestructura de la fibra de cristal fotónico. La secuencia de solitones supramoleculares que se propaga en esta cavidad de láser de fibra genera una resonancia acústica en el núcleo de PCF, creando una celosía optomecánica. Cada unidad de la red optomecánica puede acomodar múltiples solitones. Fibra EDF dopada con erbio, Multiplexor por división de longitud de onda WDM, Diodo láser LD, Acoplador de salida OC, Controlador de polarización de fibra FPC, Atenuador sintonizable TA, Aislador ISO. b Dentro de cada unidad de la red optomecánica, surge una fuerza de atracción optomecánica de largo alcance entre los solitones. c Aparece una fuerza competitiva de repulsión debido a las perturbaciones de las ondas dispersivas. El recuadro muestra un espectro de solitones típico con dos bandas laterales de Kelly de intensidades desiguales. d La competencia entre estas dos fuerzas de largo alcance forma un potencial temporal, atrapando el segundo solitón. e Se pueden formar unidades estables de múltiples solitones a través de la acumulación en cascada de potenciales de captura. f La fluctuación de tiempo de un solitón individual en una supramolécula es análoga al movimiento térmico de una sola partícula atrapada en un potencial armónico. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-13746-6
Curtis Menyuk, profesor de informática e ingeniería eléctrica en la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore (UMBC), ha colaborado con un equipo dirigido por Philip Russell en el Instituto Max-Planck para la Ciencia de la Luz (MPI) en Erlangen, Alemania, para conocer mejor los sistemas moleculares de origen natural que utilizan solitones ópticos en láseres. Los solitones ópticos son paquetes de luz que están unidos y se mueven a una velocidad constante sin cambiar de forma. Este trabajo, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , se inició mientras Menyuk era un investigador principal de Humboldt en la División Russell en MPI.
Los solitones son omnipresentes por naturaleza, y una ola de tsunami es un ejemplo de un solitón natural. Los solitones ópticos en láseres tienen numerosas aplicaciones y se utilizan para medir frecuencias con una precisión sin precedentes. En particular, se han utilizado para medir el tiempo, mejorar la tecnología GPS, y detectar planetas distantes.
Los solitones ópticos se pueden unir estrechamente entre sí en láseres para formar moléculas de solitones que son análogas a las moléculas naturales. que constan de átomos unidos covalentemente. Menyuk y sus colegas de MPI han demostrado experimentalmente que este concepto puede extenderse para crear supramoléculas ópticas.
Las supramoléculas ópticas son grandes, matrices complejas de moléculas ópticas débilmente unidas que son similares a las supramoléculas de origen natural, que están débilmente unidos por enlaces no covalentes. Las supramoléculas de origen natural se utilizan para almacenar y manipular químicamente la información que los sistemas biológicos necesitan para funcionar. Se sabe que estas supramoléculas juegan un papel fundamental en la bioquímica, particularmente en la química "anfitrión-invitado", que describe dos o más moléculas que se mantienen juntas estructuralmente por fuerzas distintas de los enlaces covalentes.
El trabajo de Menyuk y sus colaboradores unió estas dos hebras de pensamiento aparentemente sin relación:solitones ópticos y supramoléculas. El equipo de investigación demostró que es posible almacenar y manipular información que está codificada en la configuración de solitones que componen una supramolécula óptica.
"Reunir ideas de dos áreas de la ciencia aparentemente no relacionadas es una de las herramientas más poderosas que tienen los ingenieros para progresar, "Dice Menyuk.
Los análogos ópticos a otros sistemas físicos y naturales han jugado un papel importante en mejorar nuestra comprensión de estos sistemas, y esta comprensión puede conducir a nuevas aplicaciones. Al imitar los procesos que utilizan los sistemas biológicos en un sistema láser a gran escala que se puede manipular y comprender con relativa facilidad, Menyuk y sus colegas esperan obtener una mejor comprensión de esos sistemas y abrir la puerta a nuevas aplicaciones biomiméticas.
