Un grupo de científicos de la Universidad ITMO en San Petersburgo ha presentado un nuevo enfoque para la manipulación eficaz de la luz a nanoescala basado en nanoantenas híbridas de metal dieléctrico. La nueva tecnología promete generar una nueva plataforma para el registro de datos ópticos ultradensos y allanar el camino para la fabricación de alto rendimiento de una amplia gama de nanodispositivos ópticos capaces de localizar, mejorar y manipular la luz a nanoescala. Los resultados del estudio se publicaron en Materiales avanzados .

Una nanoantena es un dispositivo que convierte la luz que se propaga libremente en luz localizada comprimida en varias decenas de nanómetros. La localización permite a los científicos controlar eficazmente la luz a nanoescala. Esta es una de las razones por las que las nanoantenas pueden convertirse en los bloques de construcción fundamentales de las futuras computadoras ópticas que se basan en fotones en lugar de electrones para procesar y transmitir información. Este inevitable reemplazo del portador de información está relacionado con el hecho de que los fotones superan a los electrones en varios órdenes de magnitud en términos de capacidad de información. requieren menos energía, descarte el calentamiento del circuito y garantice el intercambio de datos a alta velocidad.

Hasta hace poco, la producción de matrices planas de nanoantenas híbridas para la manipulación de la luz se consideró un proceso extremadamente laborioso. Investigadores de la Universidad ITMO en colaboración con colegas de la Universidad Académica de San Petersburgo y el Instituto Conjunto para Altas Temperaturas de Moscú encontraron una solución a este problema. El grupo de investigación ha desarrollado por primera vez una técnica para crear tales matrices de nanoantenas híbridas y para un ajuste de alta precisión de nanoantenas individuales dentro de la matriz. El logro fue posible al combinar posteriormente dos etapas de producción:litografía y exposición precisa de la nanoantena a un láser de femtosegundos, un láser de impulso ultracorto.

Una aplicación práctica de las nanoantenas híbridas es la grabación de datos ultradensa. Las unidades ópticas modernas pueden registrar información con una densidad de alrededor de 10 Gbit / pulgada2, que equivale al tamaño de un solo píxel de unos pocos cientos de nanómetros. Aunque tales dimensiones son comparables al tamaño de las nanoantenas, los científicos proponen controlar adicionalmente su color en el espectro visible. Este procedimiento conduce a la adición de otra 'dimensión' para el registro de datos, lo que aumenta inmediatamente toda la capacidad de almacenamiento de datos del sistema.

Aparte de la grabación de datos ultradensa, la modificación selectiva de nanoantenas híbridas ofrece nuevos diseños de metasuperficies híbridas, guías de ondas y sensores compactos para monitoreo ambiental. En el futuro cercano, el grupo de investigación tiene previsto centrarse en el desarrollo de estas aplicaciones específicas de sus nanoantenas híbridas.

Las nanoantenas están hechas de dos componentes:un cono de silicio truncado con un delgado disco dorado ubicado en la parte superior. Gracias a la remodelación láser a nanoescala, es posible modificar con precisión la forma de la partícula de oro sin afectar el cono de silicio. El cambio en la forma de la partícula de oro da como resultado un cambio en las propiedades ópticas de la nanoantena en su conjunto debido a los diferentes grados de superposición de resonancia entre las nanopartículas de silicio y de oro.

"Nuestro método abre la posibilidad de cambiar gradualmente las propiedades ópticas de las nanoantenas mediante la fusión selectiva por láser de las partículas doradas. Dependiendo de la intensidad del rayo láser, la partícula dorada permanecerá en forma de disco, conviértase en una taza o conviértase en un globo terráqueo. Tal manipulación precisa nos permite obtener una nanoestructura híbrida funcional con las propiedades deseadas en un parpadeo de un segundo, "dice Sergey Makarov, uno de los autores del artículo e investigador del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.

A diferencia de la fabricación convencional inducida por calor de nanoantenas, El nuevo método plantea la posibilidad de ajustar nanoantenas individuales dentro de la matriz y ejercer un control preciso sobre las propiedades ópticas de las nanoestructuras híbridas.

"Nuestro concepto de nanoantenas híbridas asimétricas unifica dos enfoques que antes se pensaba que eran mutuamente excluyentes:la plasmónica y la nanofotónica totalmente dieléctrica. Nuestras nanoestructuras híbridas heredaron las ventajas de ambos enfoques:localización y mejora de la luz a nanoescala, bajas pérdidas ópticas y la capacidad de controlar el patrón de potencia de dispersión. Sucesivamente, el uso de la remodelación láser nos ayuda a cambiar con precisión y rapidez las propiedades ópticas de tales estructuras y tal vez incluso registrar información con una densidad extremadamente alta, "dice Dmitry Zuev, autor principal del estudio e investigador del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.