Los ingenieros han construido un nanoresonador dieléctrico que concentra la luz en un volumen 12 veces mayor
¿Cuál es el límite de difracción?
Hasta hace poco, entre los físicos habíaSe cree ampliamente que es imposible comprimir la luz por debajo del llamado límite de difracción. Este es el tamaño mínimo de punto que se puede obtener enfocando la radiación electromagnética.
La excepción es el uso de metal.nanopartículas que, sin embargo, también absorben la luz. Por tanto, parecía imposible comprimirlo fuertemente en materiales dieléctricos como el silicio. Y este es un material clave para el desarrollo de futuros dispositivos. Tienen una ventaja importante: no absorben la luz.
Curiosamente, en 2006, los científicos teóricamenteSe demostró que el límite de difracción no se aplica a los dieléctricos. Sin embargo, nadie ha podido demostrarlo en la práctica. La razón es simple: los ingenieros no pudieron construir la nanoestructura dieléctrica necesaria.
Ahora los empleados de la Universidad Técnica.Dinamarca lo logró: construyeron un nanoresonador dieléctrico que concentra la luz en un volumen 12 veces menor que el límite de difracción.
¿Qué ayudó a los científicos?
La teoría del límite de difracción describe que la luzimposible enfocar en un volumen menor que la mitad de la longitud de onda del sistema óptico. Esto afecta, por ejemplo, a la resolución en los microscopios. Sin embargo, las nanoestructuras pueden estar compuestas por elementos mucho más pequeños que la longitud de onda. Esto significa que el límite de difracción ya no es algo fundamental.
Cuando la luz se comprime, se vuelve más intensa, mejorando la interacción entre la luz y los materiales. Particularmente dieléctrico.
¿Qué son los materiales dieléctricos?
Los dieléctricos son materiales que no conducen.corriente eléctrica. El vidrio, el caucho y el plástico son ejemplos de materiales dieléctricos y contrastan con los metales, que son conductores de electricidad. Un ejemplo de material dieléctrico es el silicio, que se utiliza a menudo tanto en electrónica como en fotónica.
¿Cuál es el problema?
Aunque los cálculos por ordenador muestran que es posible concentrar la luz en un punto infinitesimal, esto sólo es aplicable en teoría.
En el nuevo estudio, los científicos utilizarontodo el conocimiento disponible sobre la nanotecnología fotónica real y sus limitaciones actuales y lo cargué en una computadora. Luego le "pidieron" que encontrara un patrón que recolectara fotones en una región pequeña sin precedentes: una nanocavidad óptica. Eso ayudó. El dispositivo fue construido en un laboratorio de la misma universidad.
Patrón de difracción de un rayo láser rojo,hecho en un plato después de pasar a través de un pequeño agujero redondo en otro plato. La óptica física se utiliza para explicar efectos como la difracción. Autor: Wisky
Las nanocavidades ópticas son estructuras.especialmente diseñado para retener la luz, evitando que se propague. Es como si estuviera atrapado entre dos espejos, siendo lanzado de un lado a otro. Cuanto más cerca están los espejos, más intensa se vuelve la luz entre ellos.
¿De qué está hecho el nanoresonador y cómo?
Para un nuevo experimento, los físicos han desarrollado una estructura en forma de mariposa. Gracias a su forma especial, comprime los fotones de forma especialmente eficaz. El nanoresonador en sí estaba hecho de silicio.
El material para el nanoresonador fue desarrollado en puroLas instalaciones de la universidad y las plantillas en las que se basa la cavidad se optimizaron y diseñaron utilizando un método único de optimización de topología.
Una habitación limpia es una habitación donde el aireel tamaño y número por metro cúbico de partículas tales como polvo, microorganismos, partículas de aerosol y vapores químicos se mantienen dentro de un cierto rango predeterminado. Existen estándares internacionales especiales para dichos locales, su limpieza está asegurada por un equipo especial.
Originalmente desarrollado para el diseño de puentes y alas de aviones, el método de optimización se ha utilizado para estructuras nanofotónicas.
¿Por qué es esto importante?
Los autores del desarrollo confían en que su descubrimiento hayaEs fundamental para desarrollar tecnologías revolucionarias que reduzcan la cantidad de componentes que consumen energía en centros de datos, computadoras, teléfonos y más.
Consumo energético de ordenadores y centrosEl procesamiento de datos continúa creciendo y se necesitan arquitecturas de chips más resistentes que consuman menos energía. Esto se puede lograr reemplazando los circuitos eléctricos con componentes ópticos. Los científicos esperan que una “división del trabajo” entre la luz y los electrones ayude en este sentido. Todo es como en Internet, donde se utiliza la luz para la comunicación y la electrónica para el procesamiento de datos. La única diferencia es que ambas funciones deben estar integradas en el mismo chip. Por eso es tan importante comprimir la luz al mismo tamaño que los componentes electrónicos. Un experimento realizado por científicos demostró que esto es realmente posible.
Este es un paso importante hacia el desarrollo de mástecnología energéticamente eficiente, como nanoláseres para conexiones ópticas en centros de datos y computadoras del futuro. Sin embargo, a los ingenieros todavía les queda un largo camino por recorrer.
Que sigue
Los científicos planean seguir trabajandoy mejorar los métodos y materiales para encontrar la solución óptima. Confían en que podrán crear fotones cada vez más intensos a medida que avance la tecnología. Los autores del desarrollo están convencidos de que este es sólo el primero de una serie de avances importantes en el campo de la física y la nanotecnología fotónica centrados en este principio.
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