Una nueva combinación de materiales puede guiar eficientemente la electricidad y la luz a lo largo del mismo cable diminuto, un hallazgo que podría ser un paso hacia la construcción de chips de computadora capaces de transportar información digital a la velocidad de la luz.

Reportando hoy en la revista de alto impacto de The Optical Society (OSA) Optica , Científicos ópticos y de materiales de la Universidad de Rochester y el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich describen un circuito modelo básico que consta de un nanoalambre de plata y una escama de disulfuro de molibdeno (MoS2) de una sola capa.

Usando un láser para excitar ondas electromagnéticas llamadas plasmones en la superficie del cable, Los investigadores encontraron que la escama de MoS2 en el extremo más alejado del cable generaba una fuerte emisión de luz. Yendo en la otra dirección cuando los electrones excitados se relajaron, fueron recogidos por el alambre y convertidos de nuevo en plasmones, que emitía luz de la misma longitud de onda.

"Hemos descubierto que existe una interacción de luz-materia a nanoescala pronunciada entre los plasmones y el material atómicamente delgado que se puede explotar para circuitos integrados nanofotónicos, "dijo Nick Vamivakas, profesor asistente de óptica cuántica y física cuántica en la Universidad de Rochester y autor principal del artículo.

Por lo general, alrededor de un tercio de la energía restante se perdería por cada pocos micrones (millonésimas de metro) que los plasmones viajen a lo largo del cable, explicó Kenneth Goodfellow, estudiante de posgrado en el Instituto de Óptica de Rochester y autor principal de la Optica papel.

"Fue sorprendente ver que quedaba suficiente energía después del viaje de ida y vuelta, "dijo Goodfellow.

Los dispositivos fotónicos pueden ser mucho más rápidos que los electrónicos, pero son más voluminosos porque los dispositivos que enfocan la luz no se pueden miniaturizar tan bien como los circuitos electrónicos, dijo Goodfellow. Los nuevos resultados son prometedores para guiar la transmisión de la luz, y manteniendo la intensidad de la señal, en dimensiones muy reducidas.

Desde el descubrimiento del grafeno, una sola capa de carbono que se puede extraer del grafito con cinta adhesiva, Los científicos han estado explorando rápidamente el mundo de los materiales bidimensionales. Estos materiales tienen propiedades únicas que no se ven a granel.

Como el grafeno MoS2 está formado por capas que están débilmente unidas entre sí, para que puedan separarse fácilmente. A granel MoS2, los electrones y fotones interactúan como lo harían en semiconductores tradicionales como el silicio y el arseniuro de galio. Como MoS2 se reduce a capas cada vez más delgadas, la transferencia de energía entre electrones y fotones se vuelve más eficiente.

La clave de las deseables propiedades fotónicas de MoS2 está en la estructura de su banda prohibida de energía. A medida que disminuye el recuento de capas del material, pasa de una banda prohibida indirecta a una directa, lo que permite que los electrones se muevan fácilmente entre las bandas de energía liberando fotones. El grafeno es ineficaz en la emisión de luz porque no tiene banda prohibida.

La combinación de electrónica y fotónica en los mismos circuitos integrados podría mejorar drásticamente el rendimiento y la eficiencia de la tecnología móvil. Los investigadores dicen que el siguiente paso es demostrar su circuito primitivo con diodos emisores de luz.