Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un material que podría reducir las pérdidas de señal en los dispositivos fotónicos. El avance tiene el potencial de aumentar la eficiencia de varias tecnologías basadas en la luz, incluidos los sistemas de comunicación de fibra óptica, láser y fotovoltaica.
El descubrimiento aborda uno de los mayores desafíos en el campo de la fotónica: minimizar la pérdida de señales ópticas basadas en luz en dispositivos conocidos como metamateriales plasmónicos.
Los metamateriales plasmónicos son materiales diseñados a nanoescala para controlar la luz de formas inusuales. Se pueden usar para desarrollar dispositivos exóticos que van desde capas de invisibilidad hasta computadoras cuánticas. Pero un problema con los metamateriales es que generalmente contienen metales que absorben energía de la luz yconviértalo en calor. Como resultado, parte de la señal óptica se desperdicia, disminuyendo la eficiencia.
En un estudio reciente publicado en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigadores de fotónica dirigido por la profesora de ingeniería eléctrica Shaya Fainman de la Escuela de Ingeniería de la UC San Diego Jacobs demostró una forma de compensar estas pérdidas incorporando en el metamaterial algo que emite luz: un semiconductor.
"Estamos compensando la pérdida introducida por el metal con la ganancia del semiconductor. Esta combinación teóricamente podría dar como resultado una absorción neta cero de la señal, un metamaterial 'sin pérdidas'", dijo Joseph Smalley, un erudito posdoctoral en ingeniería eléctrica enEl grupo de Fainman y el primer autor del estudio.
En sus experimentos, los investigadores arrojaron luz de un láser infrarrojo al metamaterial. Descubrieron que dependiendo de la forma en que se polariza la luz, en qué plano o dirección arriba y abajo, de lado a lado se configuran todas las ondas de luzvibrar: el metamaterial refleja o emite luz.
"Este es el primer material que se comporta simultáneamente como un metal y un semiconductor. Si la luz se polariza en un sentido, el metamaterial refleja la luz como un metal, y cuando la luz se polariza en el otro lado, el metamaterial absorbe y emite luz de un'color' diferente como un semiconductor ", dijo Smalley.
Los investigadores crearon el nuevo metamaterial haciendo crecer primero un cristal del material semiconductor, llamado fosfuro de arseniuro de indio y galio, sobre un sustrato. Luego utilizaron iones de alta energía del plasma para grabar trincheras estrechas en el semiconductor, creando 40 nanómetros de anchofilas de semiconductores espaciadas a 40 nanómetros de distancia. Finalmente, llenaron las trincheras con plata para crear un patrón de franjas alternadas de semiconductores y plata de tamaño nanométrico.
"Esta es una forma única de fabricar este tipo de metamaterial", dijo Smalley. Las nanoestructuras con diferentes capas a menudo se hacen depositando cada capa por separado una encima de otra, "como una pila de papeles en un escritorio", explicó SmalleyPero el material semiconductor utilizado en este estudio fosfuro de arseniuro de indio y galio no se puede cultivar encima de ningún sustrato como la plata, de lo contrario tendrá defectos ". En lugar de crear una pila de capas alternas, descubrimosuna manera de organizar los materiales uno al lado del otro, como carpetas en un archivador, manteniendo el material semiconductor sin defectos "
Como siguiente paso, el equipo planea investigar cuánto este metamaterial y otras versiones del mismo podrían mejorar las aplicaciones fotónicas que actualmente sufren pérdidas de señal.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :