Las nanoantenas plasmónicas se encuentran entre los temas candentes de la ciencia en este momento debido a su capacidad para interactuar fuertemente con la luz. lo que, por ejemplo, los hace útiles para diferentes tipos de detección. Pero haciendo coincidir sus resonancias con los átomos, moléculas o los llamados puntos cuánticos ha sido difícil hasta ahora debido a las muy diferentes escalas de longitud involucradas. Gracias a una subvención de la fundación Engkvist, Timur Shegai, profesor asistente en la Universidad Tecnológica de Chalmers, espera encontrar una manera de hacer esto y abrir puertas para aplicaciones tales como canales seguros de comunicación de larga distancia.

El límite de difracción hace que sea muy difícil para la luz interactuar con las partículas más pequeñas o los llamados sistemas cuánticos como los átomos, moléculas o puntos cuánticos. El tamaño de tal partícula es simplemente mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz que no puede haber una fuerte interacción entre las dos. Pero al usar nanoantenas plasmónicas, que pueden describirse como nanoestructuras metálicas que son capaces de enfocar la luz con mucha fuerza y ​​en longitudes de onda más pequeñas que las de la luz visible, se puede construir un puente entre la luz y el átomo, molécula o punto cuántico y eso es en lo que está trabajando Timur Shegai.

"Las nanoestructuras plasmónicas son en sí mismas más pequeñas que las longitudes de onda de la luz, pero debido a que tienen muchos electrones libres, pueden almacenar la energía electromagnética en un volumen que en realidad es mucho más pequeño que el límite de difracción, lo que ayuda a cerrar la brecha entre los objetos realmente pequeños, como las moléculas, y las longitudes de onda más grandes de la luz, " él dice.

Emparejar lo armónico con lo no armónico

Esto puede parecer bastante fácil pero el problema de combinar los dos es que se comportan de formas muy diferentes. El comportamiento de las nanoestructuras plasmónicas es muy lineal, como un oscilador armónico, se moverá regularmente de un lado a otro sin importar cuánta energía o, en otras palabras, cuántas excitaciones se almacenen en él. Por otra parte, los llamados sistemas cuánticos como los átomos, Las moléculas o los puntos cuánticos son todo lo contrario:sus propiedades ópticas son muy poco armónicas. Aquí hace una gran diferencia si excita el sistema con uno o dos o cientos de fotones.

"Ahora imagina que acoplas este resonador no armónico y un resonador armónico, y agregar la posibilidad de interactuar con luz mucho más fuerte de lo que el sistema no armónico solo hubiera permitido. Eso abre posibilidades muy interesantes para las tecnologías cuánticas y para la óptica no lineal, por ejemplo. Pero a diferencia de los intentos anteriores que se han realizado a muy bajas temperaturas y al vacío, lo haremos a temperatura ambiente ".

Canales de comunicación imposibles de piratear

Una posible aplicación donde esta tecnología podría ser útil en el futuro es la creación de canales para comunicaciones de larga distancia que son imposibles de piratear. Con la tecnología actual, este tipo de comunicación segura solo es posible si las personas que se comunican se encuentran a una distancia de unos cien kilómetros entre sí, porque esa es la distancia máxima que un fotón individual puede recorrer en fibras antes de que se disperse y se pierda la señal.

"El tipo de tecnología ultrapequeña y ultrarrápida que queremos desarrollar podría ser útil en un llamado repetidor cuántico, un dispositivo que podría instalarse al otro lado de la línea desde, por ejemplo, Nueva York a Londres, que repetiría el fotón cada vez que esté a punto de dispersarse, "dice Timur Shegai.

Sin embargo, por el momento son los aspectos fundamentales de la fusión de plasmones con sistemas cuánticos los que interesan a Timur Shegai. Para poder probar experimentalmente que puede haber interacciones entre los dos sistemas, En primer lugar, necesita fabricar sistemas de modelos a nivel nano. Este es un gran desafío, pero con la concesión de 1, 6 millones de SEK durante un período de dos años que acaba de recibir de la fundación Engkvist, las posibilidades de éxito han mejorado.

"Como soy investigador al comienzo de mi carrera, cada persona es una gran mejora y ahora puedo contratar un postdoctorado para trabajar con mi grupo. Esto significa que el proyecto se puede dividir en subpartes y juntos podremos explorar más posibilidades sobre esta nueva tecnología ".