Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio y el Instituto de Ciencias Fotónicas han desarrollado un método para generar luz polarizada circularmente a partir de la estructura simétrica definitiva:la esfera. Su enfoque implica romper la simetría inherente de la esfera mediante la excitación del haz de electrones, lo que permite controlar con precisión la fase y polarización de la luz emitida. Este método se puede utilizar para codificar información en la dirección de fase y polarización de la luz polarizada circularmente, permitiendo nuevas tecnologías de cifrado y comunicación cuántica.

Las ondas de luz poseen una propiedad llamada polarización que tiene un enorme potencial en las tecnologías de la información y la comunicación. Esta propiedad está relacionada con la orientación de las oscilaciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Los tipos más simples de polarización son estáticos, por ejemplo, polarización puramente vertical u horizontal. Sin embargo, también hay polarización circular, en el que la orientación de la oscilación gira continuamente a medida que se propaga la onda.

La luz polarizada circularmente (CPL) es un ingrediente clave de las tecnologías de próxima generación, como la comunicación cuántica y el cifrado. CPL puede tener polarización para diestros o zurdos dependiendo de la dirección en la que giran las oscilaciones. Esta característica "binaria" de polarización circular se puede utilizar para codificar información en luz de una manera robusta; en otras palabras, Es poco probable que un receptor confunda CPL diestro con CPL zurdo. Por lo tanto, el desarrollo de emisores capaces de producir CPL es un campo activo de investigación.

Un método emergente para producir CPL es utilizar estructuras aquirales bidimensionales. La palabra "aquiral" es similar a "simétrica, ", lo que significa que la imagen especular de una estructura aquiral es indistinguible del objeto original. Pero, ¿cómo emite luz un objeto simétrico con dos modos diferentes de polarización circular? La respuesta es" ruptura de la simetría externa, "mediante el cual las excitaciones localizadas controladas o los esquemas de detección especialmente diseñados hacen que las estructuras aquirales produzcan CPL con la orientación deseada. En un estudio reciente publicado en ACS Nano , científicos de Tokyo Tech, Japón e ICFO, España, han encontrado una manera de generar CPL a partir de la estructura simétrica definitiva:la esfera.

Las nanopartículas esféricas funcionan como antenas omnidireccionales y, siendo aquiral, requieren ruptura de simetría externa para producir CPL. En su enfoque novedoso, el equipo de científicos irradió una nanopartícula esférica con haces de electrones para desencadenar un fenómeno conocido como "catodoluminiscencia". Este proceso, que es la base de las pantallas de televisión del siglo XX, Implica electrones de alta energía que inciden en el material y excitan múltiples electrones locales a estados de mayor energía, que luego emiten este exceso de energía en forma de fotones. Profesor asociado Takumi Sannomiya, quien dirigió el estudio, comentarios "El uso de haces de electrones es una forma versátil de excitar modos ópticos precisos y presenta ventajas potenciales para la generación bajo demanda de CPL".

Sin embargo, al usar una esfera, es necesario un esquema de excitación correctamente diseñado para lograr la ruptura de simetría deseada. Los científicos no propusieron ninguno, pero dos formas diferentes de producir CPL para zurdos y diestros a partir de una esfera. La primera forma implica manipular las diferencias de fase entre dos dipolos eléctricos inducidos en la esfera por un haz de electrones. La otra forma es aprovechar la interferencia producida entre dipolos magnéticos y eléctricos.

Para visualizar experimentalmente la CPL generada por sus nanopartículas esféricas, los científicos desarrollaron una técnica de polarimetría llamada STEM-CL tetradimensional, abreviatura de "microscopía electrónica de transmisión de barrido-catodoluminiscencia". Notablemente, los resultados experimentales coincidieron casi perfectamente con las predicciones de rigurosos análisis teóricos. Emocionado por los resultados, Sannomiya concluye, "Nuestro enfoque tiene un gran potencial para el desarrollo de fuentes de CPL personalizables, mediante el cual la fase y el grado de polarización de la luz emitida se pueden controlar fácilmente mediante el posicionamiento del haz de electrones ". La versatilidad de este nuevo método podría ser de gran utilidad para codificar información sobre la fase y polarización de fotones, habilitando nuevos métodos de comunicación y encriptación.