Los investigadores que trabajan en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han desarrollado una forma novedosa de medir y mapear de manera no invasiva cómo y dónde vibra la luz atrapada dentro de resonadores ópticos a microescala.
La nueva técnica no solo permite mediciones más precisas, sino que también permite a los científicos ajustar la frecuencia de la luz atrapada alterando sutilmente la forma del resonador.
La visualización de los patrones de vibración ayudará a los científicos a perfeccionar sensores ópticos ultrasensibles para detectar biomoléculas e incluso átomos individuales. La capacidad de ajuste también abrirá la puerta a la creación de resonadores ópticos con resonancias idénticas, una hazaña ahora imposible de lograr durante la fabricación, peronecesario para aplicaciones como el procesamiento de información cuántica con fotones individuales.
Los resonadores ópticos de microescala son como pequeñas campanas que suenan no con sonido, sino con luz. Al igual que el tono de una campana, la frecuencia con la que un resonador óptico "suena" está determinada por su tamaño y forma, de modo que amplifica y sostiene algofrecuencias de luz y disminuye otras.
Los dispositivos son tan pequeños que la luz realmente se extiende fuera de sus superficies externas donde forman "campos cercanos". Donde estos campos cercanos vibrantes son más fuertes, el resonador es hipersensible a los cambios en el entorno. Cualquier perturbación de un campo cercano, por ejemplo, por una molécula o átomo perdido, afectará la luz dentro del resonador de una manera detectable, de la misma manera que tocar una campana que suena cambiará su tono o volumen o silenciará la campana por completo.
Mapear estos patrones de vibración de luz en dispositivos reales ayudará a los científicos a hacerlos aún más sensibles.
En la actualidad, los perfiles vibratorios de estos resonadores se miden con sondas afiladas en forma de aguja. El problema con el uso de una sonda es que perturba fuertemente los campos cercanos antes de que pueda acercarse lo suficiente a la superficie para hacer altode imágenes de alta resolución: las imágenes de alta resolución del microresonador requieren una sonda que pueda alcanzar la superficie sin alterar los campos cercanos.
Afortunadamente, la nueva técnica enfocada de haz de iones de litio, desarrollada en el Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala CNST, puede hacer exactamente eso.
"Trazamos el patrón de oscilación enfocando el haz de iones en diferentes lugares de la superficie del resonador y notando el cambio en la vibración", dice el físico del CNST Vladimir Aksyuk. "Si la vibración en ese punto es fuerte, la vibración es fuerteafectado. Si la vibración allí es débil, entonces la perturbación no tiene efecto "
El haz de iones enfocado inyecta iones en el resonador, que está hecho de silicio. Este "golpeteo" crea pequeñas protuberancias y afecta las propiedades resonantes de la estructura, lo que influye en el patrón de la luz atrapada en el interior, más o menos cómo un fabricante de campanas puede cambiar elEl sonido de una campana al agregar material y cambiar su forma. El haz de iones enfocado de manera esencial les da a los investigadores la capacidad de editar el tono de un resonador y hace posible sintonizar dos resonadores para que tengan las mismas cualidades vibratorias. Aksyuk cree que los iones de litioel grupo utilizado es particularmente adecuado para este tipo de trabajo debido a su baja masa.
Mientras tanto, sin embargo, está tan impresionado por el resultado como todos los demás.
"Creo que es genial que podamos usar un haz de iones de litio para medir e incluso cambiar las propiedades resonantes de estas pequeñas estructuras de una manera muy fina", dice Aksyuk. "Dado que actualmente es imposiblepara fabricar resonadores idénticos o medirlos con gran precisión, espero que esta técnica sea de gran utilidad para la comunidad de micro y nanofotónica ".
Jie Zou, un ex investigador invitado del NIST que fue coautor del artículo que describe esta investigación, está interesado en lo que los resonadores podrían enseñarles sobre los haces de iones de litio.
"En este documento, usamos el haz de iones de foco de litio para mapear los campos de luz sutiles en los microresonadores", dice Zou. "Pero también podemos usar los microresonadores para investigar cómo interactúan los iones de litio con la red de silicio del resonador sin precedentessensibilidad: trabajo que puede ofrecer información importante para las industrias de baterías de iones de litio y semiconductores.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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