Los investigadores de ingeniería eléctrica de la Universidad de Minnesota han desarrollado un dispositivo a nanoescala único que demuestra por primera vez el transporte mecánico de la luz. El descubrimiento podría tener importantes implicaciones para la creación de dispositivos ópticos más rápidos y eficientes para la computación y la comunicación.

El artículo de investigación del profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Minnesota, Mo Li, y su estudiante graduado Huan Li, se ha publicado en línea y aparecerá en la edición de octubre de Nanotecnología de la naturaleza .

Los investigadores desarrollaron un nuevo dispositivo a nanoescala que puede capturar, medir y transportar partículas fundamentales de luz, llamados fotones. El diminuto dispositivo mide solo .7 micrómetros por 50 micrómetros (aproximadamente .00007 por .005 centímetros) y funciona casi como un balancín. A cada lado de los "bancos de balancín, "los investigadores grabaron una serie de agujeros, llamadas cavidades de cristal fotónico. Estas cavidades capturan fotones que fluyeron desde una fuente cercana.

Aunque las partículas de luz no tengan masa, los fotones capturados podían jugar al subibaja porque generaban fuerza óptica. Los investigadores compararon las fuerzas ópticas generadas por los fotones capturados en las cavidades en los dos lados del balancín al observar cómo el balancín se movía hacia arriba y hacia abajo. De este modo, los investigadores pesaron los fotones. Su dispositivo es lo suficientemente sensible como para medir la fuerza generada por un solo fotón, que corresponde a aproximadamente un tercio de una mil billonésima parte de una libra o una séptima parte de una mil billonésima parte de un kilogramo.

El profesor Li y su equipo de investigación también utilizaron el balancín para demostrar experimentalmente por primera vez el control mecánico del transporte de luz.

"Cuando llenamos la cavidad del lado izquierdo con fotones y dejamos la cavidad del lado derecho vacía, la fuerza generada por los fotones comenzó a hacer oscilar el balancín. Cuando la oscilación fue lo suficientemente fuerte, los fotones pueden extenderse a lo largo del haz desde la cavidad llena hasta la cavidad vacía durante cada ciclo, "Dijo Li." Llamamos al fenómeno 'desplazamiento de fotones' ".

Cuanto más fuerte sea la oscilación, cuantos más fotones son transportados al otro lado. Actualmente el equipo ha podido transportar aproximadamente 1, 000 fotones en un ciclo. Para comparacion, una bombilla de luz de 10 W emite 1020 fotones por segundo. El objetivo final del equipo es transportar solo un fotón en un ciclo para que la física cuántica de la luz pueda revelarse y aprovecharse.

"La capacidad de controlar mecánicamente el movimiento de los fotones en lugar de controlarlos con dispositivos optoelectrónicos costosos y engorrosos podría representar un avance tecnológico significativo, "dijo Huan Li, el autor principal del artículo.

La investigación podría usarse para desarrollar una forma micromecánica extremadamente sensible para medir la aceleración de un automóvil o un corredor. o podría usarse como parte de un giroscopio para la navegación, Dijo Li.

En el futuro, Los investigadores planean construir lanzaderas de fotones sofisticadas con más trampas a cada lado del dispositivo de balancín que podrían transportar fotones a mayores distancias y a velocidades más rápidas. Esperan que tales dispositivos puedan desempeñar un papel en el desarrollo de circuitos microelectrónicos que usarían luz en lugar de electrones para transportar datos. lo que los haría más rápidos y consumiría menos energía que los circuitos integrados tradicionales.