Cristales fotónicos de tiempo: el nuevo avance que promete revolucionar como usamos la luz
Los cristales fotónicos de tiempo son materiales ópticos que amplifican exponencialmente la luz. / Xuchen Wang-Universidad Aalto
Se tratan de materiales ópticos capaces de amplificar la luz exponencialmente y que podrían transformar industrias enteras, pero que hasta ahora solo podían ser probados en bajas frecuencias.
Un equipo internacional de científicos ha logrado diseñar por primera vez cristales fotónicos de tiempo aplicables en el mundo real, materiales ópticos capaces de amplificar la luz exponencialmente y que podrían transformar industrias enteras, como las telecomunicaciones o la detección médica avanzada. Este hallazgo, publicado recientemente en Nature Photonics, abre nuevas posibilidades para desarrollar dispositivos ópticos más rápidos, compactos y eficientes.
El avance liderado por investigadores de la Universidad Aalto en Finlandia, en colaboración con el Instituto de Tecnología de Karlsruhe y otras instituciones, representa un paso crucial en la aplicación de estos cristales. "Este trabajo podría conducir a la primera realización experimental de cristales fotónicos de tiempo, impulsándolos a aplicaciones prácticas y potencialmente transformando industrias. Desde amplificadores de luz de alta eficiencia y sensores avanzados hasta tecnologías láser innovadoras, esta investigación desafía los límites de cómo podemos controlar la interacción luz-materia", señala el profesor adjunto Viktar Asadchy, de la Universidad Aalto.
Los cristales fotónicos de tiempo son materiales únicos que difieren de los cristales convencionales en su estructura. Mientras que los cristales tradicionales tienen patrones espaciales repetitivos, los cristales fotónicos de tiempo son uniformes en el espacio, pero exhiben una oscilación periódica en el tiempo. Esta propiedad permite que la luz se detenga en ciertas áreas del cristal mientras su intensidad aumenta exponencialmente, un fenómeno que podría tener aplicaciones revolucionarias en tecnología láser y sensores ópticos.
Para entender la particularidad de estos cristales, Asadchy explica que se asemeja a un medio que oscila rápidamente entre aire y agua, creando "huecos de banda de momento" donde la luz se detiene y se intensifica. Este efecto, que desafía las leyes ópticas convencionales, permite que los cristales fotónicos de tiempo sean capaces de captar y amplificar señales lumínicas muy débiles, lo que los hace ideales para aplicaciones en la nanodetección.
Una de las aplicaciones más prometedoras de los cristales fotónicos de tiempo es la detección de partículas extremadamente pequeñas. “Imaginad que queremos detectar la presencia de una pequeña partícula, como un virus, un contaminante o un biomarcador de enfermedades como el cáncer. Cuando se excita, la partícula emitiría una pequeña cantidad de luz en una longitud de onda específica. Un cristal de tiempo fotónico puede capturar esta luz y amplificarla automáticamente, lo que permite una detección más eficiente con los equipos existentes”, resalta Asadchy.
Sin embargo, replicar estas propiedades para la luz visible ha sido un desafío considerable debido a la velocidad y amplitud de oscilación necesarias en las propiedades del material. Hasta ahora, los cristales fotónicos de tiempo solo se habían demostrado experimentalmente en frecuencias bajas, como las microondas. Sin embargo, el equipo de investigación ha encontrado un método viable para crear estos cristales a nivel óptico mediante modelos teóricos y simulaciones electromagnéticas.
En su último trabajo, los investigadores proponen un diseño basado en una matriz de diminutas esferas de silicio que, según sus modelos, cumpliría las condiciones especiales para amplificar la luz a nivel visible. Esta estructura podría replicarse en el laboratorio utilizando técnicas ópticas ya conocidas, lo que abre el camino para que los cristales fotónicos de tiempo finalmente sean aplicables en sistemas ópticos convencionales.
La investigación fue realizada en colaboración con científicos de la Universidad de Finlandia Oriental, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, y la Universidad de Ingeniería de Harbin, en China. Este proyecto conjunto no solo demuestra el valor de la cooperación internacional en investigación avanzada, sino también el potencial de los cristales fotónicos de tiempo para impactar diversas áreas tecnológicas y científicas.
Con este innovador diseño, los cristales fotónicos de tiempo están más cerca de convertirse en una realidad práctica, lo que permitiría avances significativos en campos tan variados como las comunicaciones, la imagenología y la detección de partículas a escala nanométrica. @mundiario
Diego Tudares
Abogado.
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El autor, DIEGO TUDARES RORÍGUEZ, colaborador de MUNDIARIO, es abogado egresado de la URBE, aficionado a la política internacional, a los derechos humanos y al medioambiente. Seguidor de series de ficción, se confiesa lector y amante de los animales. @mundiario
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