Un equipo internacional de científicos dirigido por investigadores del Laboratorio de Nanomateriales del Centro Skoltech de Fotónica y Materiales Cuánticos (CPQM) ha demostrado que la respuesta óptica no lineal de los nanotubos de carbono se puede controlar mediante la activación electroquímica. Este enfoque permitió diseñar un dispositivo para controlar la duración del pulso láser. Los resultados del estudio fueron publicados en la prestigiosa revista internacional Nano letras .

Fenómenos ópticos que encontramos en nuestra vida diaria, como la reflexión, refracción o absorción de luz, no dependen de la intensidad de la luz incidente. Sin embargo, a intensidades de radiación muy altas, surge una nueva clase de fenómenos, que provoca cambios en el índice de refracción, autoenfoque de luz o aparición de radiación en nuevas longitudes de onda. Estos y otros fenómenos que dependen de la intensidad de la luz son estudiados por una sección de la física llamada óptica no lineal. Normalmente, la eficiencia de la respuesta óptica no lineal es la característica invariable del material determinada por su estructura.

El uso de nanomateriales como medio óptico no lineal abre nuevas perspectivas para el control de la no linealidad gracias a que la mayoría de sus átomos están expuestos a la superficie. Esto permite controlar la estructura electrónica de un material y así cambiar su respuesta óptica no lineal.

Los científicos de Skoltech en colaboración con sus colegas del Centro de Investigación de Fibra Óptica de RAS, La Universidad Estatal de Novosibirsk y la Universidad de Warwick (Reino Unido) han propuesto un método para controlar la absorción saturable de nanotubos de carbono mediante la activación electroquímica. La absorción saturable es un efecto óptico no lineal cuando el coeficiente de absorción disminuye al aumentar la potencia de la luz incidente. Por lo tanto, el material se vuelve más transparente bajo una intensa radiación láser. "Demostramos que la magnitud de la transparencia no lineal se puede controlar colocando el material en una celda electroquímica. Se sabe que, si se coloca en la celda electroquímica, Los nanotubos pueden acumular una cantidad considerable de carga eléctrica en su superficie. Lo que no se ha sabido hasta ahora es que la acumulación de carga conduce a un cambio significativo en la respuesta óptica no lineal del material y, en particular, una reducción de la absorción saturable, "dice el primer autor del estudio y científico investigador sénior de Skoltech, Yuriy Gladush.

También, los autores han examinado una de las posibles aplicaciones prácticas de un material con una respuesta no lineal controlada. La absorción saturable se usa ampliamente en sistemas láser para generar pulsos de luz de femtosegundos. Todo lo que tiene que hacer es colocar un absorbente saturable con los parámetros dados en la cavidad del láser. "Asumimos que el régimen de generación de láser se puede controlar ajustando la respuesta no lineal del material. Para hacerlo, construimos una celda electroquímica con nanotubos de carbono colocados en la superficie de la fibra óptica y la integramos en la cavidad del láser de fibra óptica. Descubrimos que al aplicar voltaje al dispositivo, se puede cambiar del régimen de generación de láser continuo al régimen pulsado en los rangos de femtosegundos y microsegundos. Esta invención allana el camino para sistemas láser universales con una duración de pulso controlable que se puede utilizar en el procesamiento láser de materiales, cirugía laser, y medicina estética, "explica Albert Nasibulin, Jefe del Laboratorio de Nanomateriales de Skoltech y Catedrático de RAS.