Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur y sus colaboradores han revelado un concepto novedoso denominado "acoplamiento supercrítico" que permite aumentar varias veces la eficiencia de la conversión ascendente de fotones. Este descubrimiento no sólo desafía los paradigmas existentes, sino que también abre una nueva dirección en el control de la emisión de luz.

La conversión ascendente de fotones, el proceso de convertir fotones de baja energía en fotones de mayor energía, es una técnica crucial con amplias aplicaciones, que van desde imágenes de superresolución hasta dispositivos fotónicos avanzados. A pesar de los considerables avances, la búsqueda de una conversión ascendente eficiente de fotones ha enfrentado desafíos debido a las limitaciones inherentes en la irradiancia de nanopartículas dopadas con lantánidos y las condiciones críticas de acoplamiento de las resonancias ópticas.

El concepto de "acoplamiento supercrítico" desempeña un papel fundamental a la hora de abordar estos desafíos. Este enfoque fundamentalmente nuevo, propuesto por un equipo de investigación dirigido por el profesor Liu Xiaogang del Departamento de Química de la NUS y su colaborador, el Dr. Gianluigi Zito del Consejo Nacional de Investigación de Italia, aprovecha la física de los "estados ligados en el continuo" ( BIC).

Los BIC son fenómenos que permiten que la luz quede atrapada en estructuras abiertas con vidas teóricamente infinitas, superando los límites del acoplamiento crítico. Estos fenómenos son diferentes del comportamiento habitual de la luz.

Al manipular la interacción entre los modos oscuro y brillante dentro de estas estructuras, similar al análogo clásico de la transparencia inducida electromagnéticamente, los investigadores no solo mejoraron el campo óptico local sino que también controlaron con precisión la dirección de la emisión de luz.

Sus hallazgos han sido publicados en la revista Nature. .

La validación experimental del acoplamiento supercrítico marca un importante avance, demostrando un aumento de ocho órdenes de magnitud en la luminiscencia de conversión ascendente. La configuración experimental implica una nanolosa de cristal fotónico cubierta con nanopartículas de conversión ascendente. Estas nanopartículas sirven como fuentes y láseres a microescala.

Se aprovecharon las propiedades únicas de los BIC, caracterizadas por una dispersión de luz insignificante y dimensiones a microescala de los puntos de luz, para lograr precisión en el enfoque y control direccional de la luz emitida. Esto abre nuevas vías para controlar el estado de la luz.

El profesor Liu dijo:"Este avance no es sólo un descubrimiento fundamental, sino que representa un cambio de paradigma en el campo de la nanofotónica, alterando nuestra comprensión de la manipulación de la luz a nanoescala. Las implicaciones del acoplamiento supercrítico se extienden más allá de la conversión ascendente de fotones y ofrecen avances potenciales en la tecnología cuántica". fotónica y diversos sistemas basados ​​en resonadores acoplados."

"Mientras la comunidad investigadora se enfrenta a las implicaciones de este trabajo, la puerta está abierta a un futuro en el que la luz, uno de los elementos más fundamentales de nuestro universo, pueda controlarse con una precisión y eficiencia incomparables", añadió el profesor Liu.

Más información: Chiara Schiattarella et al, Conversión ascendente gigante de directivas por estados vinculados supercríticos en el continuo, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06967-9

Información de la revista: Naturaleza

Proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur