Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han fabricado un dispositivo no más ancho que un cabello humano que ayudará a los físicos a investigar la naturaleza fundamental de la materia y la luz. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature Nanotechnology , también podría apoyar el desarrollo de láseres más eficientes, que se utilizan en campos que van desde la medicina hasta la fabricación.
El dispositivo está hecho de un tipo especial de material llamado aislante topológico fotónico. Un aislante topológico fotónico puede guiar los fotones, las partículas onduladas que componen la luz, a interfaces diseñadas específicamente dentro del material y al mismo tiempo evitar que estas partículas se dispersen a través del material mismo.
Debido a esta propiedad, los aislantes topológicos pueden hacer que muchos fotones actúen coherentemente como un solo fotón. Los dispositivos también se pueden utilizar como "simuladores cuánticos" topológicos, laboratorios en miniatura donde los investigadores pueden estudiar fenómenos cuánticos, las leyes físicas que gobiernan la materia a escalas muy pequeñas.
"El aislante topológico fotónico que creamos es único. Funciona a temperatura ambiente. Este es un avance importante. Anteriormente, sólo se podía investigar este régimen utilizando equipos grandes y costosos que enfrían la materia en el vacío. Muchos laboratorios de investigación no tienen acceso a este tipo de equipo, por lo que nuestro dispositivo podría permitir que más personas realicen este tipo de investigación de física básica en el laboratorio", dijo Wei Bao, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de RPI y autor principal del estudio. /P>
"También es un paso adelante prometedor en el desarrollo de láseres que requieren menos energía para funcionar, ya que el umbral de nuestro dispositivo a temperatura ambiente (la cantidad de energía necesaria para hacerlo funcionar) es siete veces menor que el de los dispositivos de baja temperatura desarrollados anteriormente. " añadió Bao.
Los investigadores de RPI crearon su novedoso dispositivo con la misma tecnología utilizada en la industria de semiconductores para fabricar microchips, que implica colocar en capas diferentes tipos de materiales, átomo por átomo, molécula por molécula, para crear una estructura deseada con propiedades específicas.
Para crear su dispositivo, los investigadores cultivaron placas ultrafinas de haluro de perovskita, un cristal hecho de cesio, plomo y cloro, y grabaron un polímero encima con un patrón. Intercalaron estas placas de cristal y polímero entre láminas de diversos materiales de óxido, formando finalmente un objeto de aproximadamente 2 micrones de espesor y 100 micrones de largo y ancho (el cabello humano promedio mide 100 micrones de ancho).
Cuando los investigadores enfocaron una luz láser sobre el dispositivo, apareció un patrón triangular brillante en las interfaces diseñadas en el material. Este patrón, dictado por el diseño del dispositivo, es el resultado de las características topológicas de los láseres.
"Poder estudiar fenómenos cuánticos a temperatura ambiente es una perspectiva apasionante. El innovador trabajo del profesor Bao muestra cómo la ingeniería de materiales puede ayudarnos a responder algunas de las preguntas más importantes de la ciencia", afirmó Shekhar Garde, decano de la Escuela de Ingeniería RPI.
Más información: Valle topológico Condensación de polariton de Hall, Nanotecnología de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41565-024-01674-6
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Politécnico Rensselaer
