Las telecomunicaciones modernas ocurren debido a los electrones rápidos y los fotones rápidos. ¿Puede mejorar? ¿Puede sostenerse la ley de Moore, la duplicación de la potencia informática cada 18 meses aproximadamente? ¿Se puede combinar la compacidad (componentes en escala nm) de la electrónica con la velocidad de la fotónica?

Bien, uno de estos enfoques híbridos está siendo explorado en el Joint Quantum Institute, donde los científicos reúnen tres maravillosos campos de investigación en física:microfluídica, puntos cuánticos, y plasmónicos para sondear y estudiar nanoestructuras ópticas con una precisión espacial de hasta 12 nm.

PLASMÓNICOS

Cuando la luz incide en una tira de metal, se puede excitar una onda de electrones en la superficie. ¿Es este "plasmón de superficie" un poco de luz o electricidad? Bien, es un poco de ambos. La longitud de onda de esta onda electromagnética es más corta y la densidad de energía más alta que la de la luz láser entrante; el plasmón es, por tanto, una luz estrechamente localizada que se ve obligada a propagarse a lo largo de la superficie de la harina. La ciencia de la "plasmónica" ha surgido para capitalizar varias imágenes, sintiendo y habilidades de procesamiento inherentes a los plasmones. Para empezar, aunque, uno necesita saber exactamente qué sucede en esa superficie metálica excitada por láser. Esa luz se convierte en onda plasmónica; luego, la energía se puede reconvertir en luz.

Aquí es donde entra en juego el experimento JQI. El resultado principal del trabajo, publicado el 5 de febrero en la revista Comunicaciones de la naturaleza , es proporcionar un mapa que muestre cómo la tira de metal, en este caso un hilo de plata de 4 micrones de largo y 100 nm de ancho, se enciende.

MICROFLUIDICOS Y PUNTOS CUÁNTICOS

Los otros dos componentes principales del experimento, además de plasmónicos, son microfluidos y puntos cuánticos. Microfluidos, una ciencia relativamente nueva en sí misma, presenta el movimiento de volúmenes de nanolitros de fluidos a través de canales definidos en microchips, análogo a los caminos conductores tendidos a través de microprocesadores para transportar corrientes eléctricas. Puntos cuánticos, bolas semiconductoras de tamaño nanométrico, están diseñados para poseer un conjunto específico de estados de energía permitidos; en efecto, los puntos son átomos artificiales que pueden moverse. En el experimento JQI, los puntos de 10 nm de ancho (la importante capa de seleniuro de cadmio tiene solo 3 nm de espesor) flotan en un fluido cuyo flujo se puede controlar variando un voltaje aplicado. Los puntos se dibujan cerca del nanoalambre como si fueran minas al lado de un submarino.

De hecho, el punto está ahí precisamente para excitar el cable. El punto es una máquina de fluorescencia, en un sentido amplio, una bombilla nanoscópica. Golpeándolo con luz láser verde, vuelve a emitir rápidamente luz roja (un fotón a la vez), y es esta radiación la que excita las ondas en el cable cercano, que actúa como una antena. Pero la interacción es una calle de dos sentidos; las emisiones del punto variarán dependiendo de dónde se encuentre a lo largo del cable; el extremo del cable (como cualquier pararrayos puntiagudo en un granero) es donde los campos eléctricos son más altos y esto atrae la mayor cantidad de emisiones del punto.

Una cámara CCD captura la luz proveniente de los puntos y del cable. Las cualidades de la cámara, las propiedades ópticas del punto, el cuidadoso posicionamiento del punto, y la forma y pureza del nanoalambre se combinan para proporcionar una imagen de la intensidad del campo eléctrico del nanoalambre con una precisión de 12 nm. El mapa de intensidad muestra que la entrada de luz roja del punto cuántico (longitud de onda de 620 nm) se ha transformado efectivamente en una longitud de onda plasmónica de 320 nm.

Chad Ropp es un estudiante de posgrado que trabaja en el proyecto y el autor principal del artículo. "Los mapas plasmónicos se han resuelto antes, pero las interacciones de la mecánica cuántica con un solo emisor no lo han hecho, y no con este grado de precisión, "dijo Ropp.

APLICACIONES POSIBLES

En un dispositivo real, el punto cuántico podría ser reemplazado por una biopartícula que podría identificarse a través del efecto observado del nanoalambre sobre las emisiones de partículas. O el dúo de puntos y hilos podría combinarse en varias configuraciones como equivalentes plasmónicos de componentes de circuitos electrónicos. Otros usos para este tipo de configuración de nanocables podrían aprovechar la alta densidad de energía en el estado plasmónico para soportar efectos no lineales. Esto podría permitir que la combinación de nanocables y puntos funcione como un transistor óptico.