Luz retorcida. La luz láser polarizada circularmente atraviesa el dispositivo PCN y sale por el otro lado como VUV polarizado en la dirección opuesta. Crédito:Konishi et al.
La espectroscopia es el uso de la luz para analizar objetos físicos y muestras biológicas. Los diferentes tipos de luz pueden proporcionar diferentes tipos de información. La luz ultravioleta al vacío es útil ya que puede ayudar a las personas en una amplia gama de campos de investigación, pero la generación de esa luz ha sido difícil y costosa. Los investigadores crearon un nuevo dispositivo para generar eficientemente este tipo especial de luz utilizando una película ultrafina con perforaciones a nanoescala.
Las longitudes de onda de luz que ves con tus ojos constituyen una mera fracción de las posibles longitudes de onda de luz que existen. Hay luz infrarroja que puedes sentir en forma de calor, o mira si eres una serpiente, que tiene una longitud de onda más larga que la luz visible. En el extremo opuesto está la luz ultravioleta (UV) que puede utilizar para producir vitamina D en su piel. o mira si eres una abeja. Estas y otras formas de luz tienen muchos usos en la ciencia.
Dentro del rango UV hay un subconjunto de longitudes de onda conocido como luz ultravioleta al vacío (VUV), así llamados porque son fácilmente absorbidos por el aire pero pueden pasar a través del vacío. Algunas longitudes de onda de VUV en la región de alrededor de 120-200 nanómetros son de particular utilidad para científicos e investigadores médicos, ya que pueden usarse para análisis químicos y físicos de diferentes materiales e incluso muestras biológicas.
Sin embargo, hay más luz que una longitud de onda. Para que VUV sea realmente útil, también necesita ser torcido o polarizado de una manera llamada polarización circular. Métodos existentes para producir VUV, como el uso de aceleradores de partículas o plasmas impulsados por láser, tienen muchos inconvenientes, incluido el costo, escala y complejidad. Pero también, estos solo pueden producir VUV polarizados lineales no retorcidos. Si hubiera una forma sencilla de hacer VUV polarizado circular, sería extremadamente beneficioso. El profesor asistente Kuniaki Konishi del Instituto de Ciencia y Tecnología de Fotones de la Universidad de Tokio y su equipo pueden tener la respuesta.
El espaciado importa. La eficacia del dispositivo depende en gran medida del espaciamiento de los orificios. En esta simulación, los agujeros separados por 600 nm (izquierda) proporcionan resultados mucho mayores que los agujeros separados por 500 nm (derecha). Crédito:Konishi et al.
"Hemos creado un dispositivo simple para convertir la luz láser visible polarizada circularmente en VUV polarizada circularmente, retorcido en la dirección opuesta, "dijo Konishi." Nuestra nanomembrana dieléctrica de cristal fotónico (PCN) consiste en una hoja hecha de un cristal a base de óxido de aluminio (ℽ-Al2O3) de solo 48 nm de espesor. Se asienta sobre una lámina de silicio de 525 micrómetros de espesor que tiene orificios de 190 nm de ancho cortados a 600 nm de distancia ".
A nuestros ojos, la membrana de PCN parece una superficie plana sin rasgos distintivos, pero bajo un microscopio potente se puede ver el patrón de perforaciones. Se parece un poco a los orificios de un cabezal de ducha que aumentan la presión del agua para producir chorros.
"Cuando los pulsos de luz láser azul polarizada circularmente con una longitud de onda de 470 nm brillan por estos canales en el silicio, el PCN actúa sobre estos pulsos y los tuerce en la dirección opuesta, ", dijo Konishi." También reduce sus longitudes de onda a 157 nm, lo que está dentro del rango de VUV que es tan útil en espectroscopía ".
Con pulsos cortos de VUV polarizados circularmente, los investigadores pueden observar fenómenos físicos rápidos o de corta duración a escala submicrométrica que de otro modo serían imposibles de ver. Tales fenómenos incluyen el comportamiento de electrones o biomoléculas. Entonces este nuevo método para generar VUV puede ser útil para los investigadores en medicina, Ciencias de la vida, química molecular y física del estado sólido. Aunque se ha demostrado antes un método similar, produjo longitudes de onda más largas menos útiles, y lo hizo utilizando una película a base de metal que está sujeta a una rápida degradación en presencia de luz láser. PCN es mucho más robusto para esto.
"Me complace que a través de nuestro estudio de PCN, encontramos una nueva y útil aplicación para la conversión de luz polarizada circularmente, generar VUV con la intensidad necesaria para que sea ideal para espectroscopia, "dijo Konishi." Y fue sorprendente que la membrana de PCN pudiera sobrevivir al bombardeo repetido de luz láser, a diferencia de los dispositivos anteriores basados en metal. Esto lo hace adecuado para uso en laboratorio, donde puede usarse ampliamente durante períodos prolongados. Hicimos esto para la ciencia básica y espero que muchos tipos de investigadores hagan un buen uso de nuestro trabajo ".
