Los circuitos ópticos están configurados para revolucionar el rendimiento de muchos dispositivos. No solo son de 10 a 100 veces más rápidos que los circuitos electrónicos, pero también consumen mucha menos energía. Dentro de estos circuitos, Las ondas de luz están controladas por superficies extremadamente delgadas llamadas metasuperficies que concentran las ondas y las guían según sea necesario. Las metasuperficies contienen nanopartículas regularmente espaciadas que pueden modular las ondas electromagnéticas en escalas de longitud de onda submicrométricas.

Las Metasuperficies podrían permitir a los ingenieros crear circuitos fotónicos flexibles y ópticas ultradelgadas para una gran cantidad de aplicaciones, que van desde tabletas flexibles hasta paneles solares con características mejoradas de absorción de luz. También podrían usarse para crear sensores flexibles para la colocación directa en la piel de un paciente, por ejemplo, para medir cosas como el pulso y la presión arterial o para detectar compuestos químicos específicos.

El problema es que la creación de metasuperficies utilizando el método convencional, litografía, es un proceso fastidioso que lleva varias horas y debe realizarse en una sala limpia. Pero los ingenieros de EPFL del Laboratorio de Materiales Fotónicos y Dispositivos de Fibra (FIMAP) han desarrollado ahora un método simple para fabricarlos en solo unos minutos a bajas temperaturas, o incluso a veces a temperatura ambiente, sin necesidad de una sala limpia. El método de la Escuela de Ingeniería de la EPFL produce metasuperficies de vidrio dieléctricas que pueden ser rígidas o flexibles. Los resultados de su investigación aparecen en Nanotecnología de la naturaleza .

Convirtiendo una debilidad en una fortaleza

El nuevo método emplea un proceso natural ya utilizado en mecánica de fluidos:deshumectación. Esto ocurre cuando se deposita una fina película de material sobre un sustrato y luego se calienta. El calor hace que la película se retraiga y se rompa en pequeñas nanopartículas. "La deshumectación se considera un problema en la fabricación, pero decidimos usarla en nuestro beneficio, "dice Fabien Sorin, autor principal del estudio y director de FIMAP.

Con su método, los ingenieros pudieron crear metasuperficies de vidrio dieléctricas, en lugar de metasuperficies metálicas, por primera vez. La ventaja de las metasuperficies dieléctricas es que absorben muy poca luz y tienen un alto índice de refracción. permitiendo modular la luz que se propaga a través de ellos.

Para construir estas metasuperficies, los ingenieros primero crearon un sustrato texturizado con la arquitectura deseada. Luego depositaron un material, en este caso, Vidrio de calcogenuro:en películas delgadas de solo decenas de nanómetros de espesor. Posteriormente, el sustrato se calentó durante un par de minutos hasta que el vidrio se volvió más fluido y las nanopartículas comenzaron a formarse en los tamaños y posiciones dictados por la textura del sustrato.

El método es tan eficiente que puede producir metasuperficies altamente sofisticadas con varios niveles de nanopartículas o con matrices de nanopartículas separadas por 10 nm. Eso hace que las metasuperficies sean muy sensibles a los cambios en las condiciones ambientales, como para detectar la presencia de incluso concentraciones muy bajas de biopartículas. "Esta es la primera vez que se utiliza la deshumectación para crear metasuperficies de vidrio. La ventaja es que nuestras metasuperficies son suaves y regulares, y se puede producir fácilmente en grandes superficies y sustratos flexibles, "dice Sorin.