Los investigadores dominan la luz con "twistronics"

Entre los campos de la ciencia en pleno auge en este momento, es difícil no mencionar la nanotecnología. Investigadores de todo el mundo están trabajando en técnicas para diseñar sistemas diminutos, que estarán en el corazón de la ciencia del mañana. Pero por ahora, es mucha investigación básica y el público en general aún no se enfrenta regularmente a ella. Es una disciplina que avanza con seguridad, pero sin embargo lentamente. Sin embargo, la semana pasada, un grupo de investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada en el Centro de Graduados (CUNY ASRC), junto con las universidades de Singapur, Texas y Monash, hicieron un descubrimiento verdaderamente excepcional, uno que 'indudablemente encontraremos en el corazón de muchas tecnologías del mañana. Se mostraron en Ciencias que usar una técnica llamada twistronics, han logrado un control extremo sobre el flujo de luz: la promesa de avances significativos en una gran cantidad de tecnologías basadas en óptica. El equipo se inspiró en el trabajo de un equipo del MIT liderado por Pablo Jarillo-Herrero y Yuan Cao. En 2018, hicieron un descubrimiento importante sobre el grafeno, uno de los juguetes favoritos de los nanotécnicos.

La "Twistronics" seguro la frente al escenario

Tiene la particularidad de estar compuesto por 6 átomos de carbono entrelazados entre sí, formando así una malla muy uniforme. Lo que descubrió el equipo de investigación fue que al superponer dos placas de grafeno y girar una, el material comenzó a exhibir propiedades extrañas nunca antes vistas en el grafeno. En un ángulo dijo "Ángulo mágico”De 1,1 °, una corriente eléctrica fluye a través del grafeno sin ninguna resistencia. En otras configuraciones, las mismas piezas de grafito pueden resultar perfectamente aislantes. Este experimento mostró que la rotación relativa de diferentes materiales puede modificar significativamente sus propiedades.

Es a partir de esta misma observación que comenzó el equipo de ASRC. “Aunque los fotones tienen propiedades muy diferentes a las de los electrones, nos intrigó la aparición de twistronics, y nos preguntamos si esto también podría albergar propiedades inusuales sobre el transporte de luz”, explica Andrea Alù, jefa del equipo. Les tomó bien: descubrieron así un método análogo, que permitía manipular un flujo ya no de electrones, sino de fotones de luz. Utilizaron dos placas de trióxido de molibdeno que, en un ángulo dado, dejaban pasar la luz. sin difracción, en una amplia gama de longitudes de onda.

El control de la luz, un tema importante para la investigación y para la industria

La difracción es un fenómeno físico que hace que una onda (como la luz) se altere cuando encuentra un obstáculo o una abertura. Es este fenómeno el que provoca, por ejemplo, el halo detrás de una nube durante una puesta de sol o las rayas de colores en la cara grabada de un CD.

Ser capaz de eliminar completamente esta difracción es, por lo tanto, un descubrimiento absolutamente importante: la precisión en la longitud de onda deseada y la cantidad de difracción son factores limitantes importantes para la precisión de cualquier instrumento óptico. Un buen ejemplo es el del microscopio: si la luz que atraviesa el objetivo es demasiado difractada por las lentes o los espejos, será imposible obtener una imagen nítida. De manera más general, todas las tecnologías que utilizan un sensor óptico de cualquier tipo se beneficiarían enormemente de dicho sistema. Las dos placas se comportan como una especie de superfiltro capaz de “limpiar” una señal luminosa. ¡Con difracción cero, tenemos derecho a esperar una ganancia de precisión de varios órdenes de magnitud para ciertos dispositivos!

El otro aspecto muy interesante para la industria es que el proceso es increíblemente simple de configurar en teoría: un pequeño motor para hacer girar una de las dos placas, ¡y listo! Obtiene un control absoluto sobre las propiedades de su haz de luz, siempre que tenga la precisión mecánica necesaria. Esta aparente simplicidad conceptual significa que incluso podríamos imaginar las primeras aplicaciones en un futuro relativamente cercano. Además, ahora que se empieza a conocer el principio, bastará explorar otras sustancias para constituir un catálogo de materiales que ofrezcan un control casi absoluto de la luz. "Nuestro descubrimiento se basa en un material y una longitud de onda específicos, pero con técnicas avanzadas de nanofabricación, se pueden desarrollar muchas otras plataformas que puedan replicar estas propiedades.”Explica Guangwei Hu de la Universidad de Singapur. Aún no hemos llegado allí, pero aquí hay un buen ejemplo de tecnología que sin duda tendrá aplicaciones muy concretas, y ciertamente dentro de un período de tiempo bastante corto en la escala de la investigación científica. En cualquier caso, ya podemos ver a fotógrafos, ópticos, ingenieros e investigadores salivando aquí, ¡cuya disciplina podría experimentar una verdadera revolución!