Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han descubierto una forma completamente nueva de capturar, amplificando y uniendo la luz a la materia a nivel nano. Usando una pequeña caja, construido con material apilado atómicamente delgado, han logrado crear un tipo de circuito de retroalimentación en el que la luz y la materia se vuelven uno. El descubrimiento, que fue publicado recientemente en Nanotecnología de la naturaleza , abre nuevas posibilidades en el mundo de la nanofotónica.

La fotónica se ocupa de varios medios de utilizar la luz. La comunicación por fibra óptica es un ejemplo de fotónica, al igual que la tecnología detrás de los fotodetectores y las células solares. Cuando los componentes fotónicos son tan pequeños que se miden en nanómetros, esto se llama nanofotónica. Para ampliar los límites de lo que es posible en este pequeño formato, el progreso en la investigación fundamental es crucial. La innovadora "caja de luz" de los investigadores de Chalmers hace que las alternancias entre luz y materia se produzcan tan rápidamente que ya no es posible distinguir entre los dos estados. La luz y la materia se vuelven uno.

"Hemos creado un híbrido que consta de partes iguales de luz y materia. El concepto abre puertas completamente nuevas tanto en la investigación fundamental como en la nanofotónica aplicada y existe un gran interés científico en esto," "dice Ruggero Verre, investigador del Departamento de Física de Chalmers y uno de los autores del artículo científico.

El descubrimiento se produjo cuando Verre y sus colegas departamentales Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat y Mikael Käll combinaron dos conceptos diferentes de una manera innovadora. El equipo de investigación de Mikael Käll está trabajando en lo que se conoce como nanoantenas, que puede capturar y amplificar la luz de la manera más eficiente. El equipo de Timur Shegai está investigando un cierto tipo de material bidimensional atómicamente delgado conocido como material TMDC. que se asemeja al grafeno. Combinando el concepto de antena con material bidimensional apilado, se crearon las nuevas posibilidades.

Los investigadores utilizaron un material TMDC bien conocido, el disulfuro de tungsteno, pero de una manera nueva. Al crear una pequeña caja de resonancia, muy parecida a la caja de resonancia de una guitarra, pudieron hacer que la luz y la materia interactuaran dentro de ella. La caja de resonancia asegura que la luz sea capturada y rebote en un cierto "tono" dentro del material, asegurando así que la energía de la luz se pueda transferir eficientemente a los electrones del material TMDC y viceversa. Se podría decir que la energía luminosa oscila entre los dos estados, ondas de luz y materia, mientras se captura y amplifica dentro de la caja. Los investigadores han logrado combinar luz y materia de manera extremadamente eficiente en una sola partícula con un diámetro de solo 100 nanómetros. o 0,00001 centímetros.

Esta solución todo en uno es un avance inesperado en la investigación fundamental, pero con suerte también puede contribuir a soluciones más compactas y rentables en fotónica aplicada.

"Hemos logrado demostrar que los materiales atómicamente delgados apilados se pueden nanoestructurar en diminutos resonadores ópticos, que es de gran interés para las aplicaciones fotónicas. Dado que esta es una nueva forma de utilizar el material, a esto lo llamamos 'nanofotónica TMDC'. Estoy seguro de que este campo de investigación tiene un futuro brillante, "dice Timur Shegai, profesor asociado del Departamento de Física de Chalmers y uno de los autores del artículo.