En el último artículo publicado en Nature Materials, un equipo de investigación, en colaboración con el profesor Shuangan Zhang de la Universidad de Hong Kong y el profesor Qing DAI del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología de China, presenta una solución a un problema común en el campo de la nanofotónica, que se ocupa del estudio de la luz a una escala extremadamente pequeña.
Los descubrimientos descritos en el artículo proponen un enfoque sintético multifrecuencia (CFW) para resolver la pérdida óptica en la propagación de polaritones.
Estos hallazgos aportan soluciones prácticas, como dispositivos basados en luz más eficientes, que permiten un almacenamiento y procesamiento de datos más rápido y compacto en dispositivos como sistemas informáticos y dispositivos de almacenamiento de datos, así como una mayor precisión en sensores, técnicas de imagen y sistemas de seguridad.
Los polaritones de superficie de plasmón y los polaritones de fonón tienen ventajas como el almacenamiento eficiente de energía, la amplificación del campo local y la alta sensibilidad, resultado de su capacidad para concentrar la luz a pequeña escala. Sin embargo, sus aplicaciones prácticas se ven obstaculizadas por la pérdida óhmica, que causa la dispersión de energía al entrar en contacto con materiales naturales.
Durante las últimas tres décadas, esta limitación ha dificultado el progreso en nanofotónica, especialmente en el campo de los sensores, la imagen de súper resolución y los circuitos nanofotónicos. Superar la pérdida óhmica mejoraría enormemente el rendimiento de los dispositivos, lo que permitiría el desarrollo de tecnologías de sensores, imagen de alta resolución y circuitos nanofotónicos avanzados.
El profesor Shuang Zhang, autor correspondiente, explica el enfoque de la investigación: «Para abordar el desafío de la pérdida óptica en aplicaciones clave, hemos presentado una solución práctica. Mediante el uso de un enfoque sintético innovador para amplificar ondas complejas, podemos lograr un rendimiento virtual y compensar la pérdida inherente en el sistema de polaritones. Para verificar este enfoque, lo aplicamos a la propagación de polaritones de fonón y observamos una mejora significativa en la propagación de polaritones».
«Hemos demostrado la eficacia de nuestro enfoque mediante experimentos con materiales de polaritón de fonón como hBN y MoO3 en el rango de frecuencia óptica. Como era de esperar, logramos distancias de propagación casi sin pérdidas consistentes con nuestras predicciones teóricas», agrega el Dr. Fuxin Guan, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en Física en la Universidad de Hong Kong.
En este trabajo, los investigadores desarrollaron un enfoque multifrecuencia novedoso para resolver la pérdida de energía en la propagación de polaritones. Utilizaron un tipo especial de onda llamada «onda de frecuencia compleja» para lograr un rendimiento virtual y compensar las pérdidas en el sistema óptico. A diferencia de una onda regular, que mantiene una amplitud o intensidad constante con el tiempo, una onda de frecuencia compleja exhibe oscilaciones y amplificación simultáneas. Esta característica permite una representación más versátil del comportamiento de la onda y permite compensar la pérdida de energía.
Si bien la frecuencia se percibe típicamente como un número real, también puede tener una parte imaginaria. Esta parte imaginaria nos informa cómo la onda se vuelve más fuerte o más débil con el tiempo. Las ondas de frecuencia compleja, que poseen partes imaginarias negativas (positivas), se deterioran (se amplifican) con el tiempo. Sin embargo, medir directamente bajo la influencia de estímulos de frecuencia compleja en óptica es desafiante, ya que requiere mediciones complejas utilizando compuertas de tiempo.
Para superar esto, los investigadores utilizaron una herramienta matemática llamada Transformada de Fourier para descomponer la onda de frecuencia compleja (CFW) en componentes individuales con frecuencias individuales.
Similar a cocinar cuando necesitamos ingredientes específicos que son difíciles de encontrar, los investigadores utilizaron una idea similar. Descompusieron la onda de frecuencia compleja en componentes más simples, similar a usar ingredientes alternativos en una receta. Cada componente representaba un aspecto diferente de la onda. Es como crear un plato delicioso utilizando ingredientes sustitutos para lograr el sabor deseado.
Al medir estos componentes en diferentes frecuencias y combinar los datos, los investigadores recrearon el comportamiento de un sistema iluminado por una onda de frecuencia compleja. Esto les ayudó a comprender y compensar la pérdida de energía. Este enfoque simplifica significativamente la aplicación práctica de CFW en diversos campos, incluida la propagación de polaritones y la imagen de súper resolución.
A través de mediciones ópticas en diferentes frecuencias reales con un espaciado constante, se puede lograr la propagación construida.
El último artículo publicado en Nature Materials presenta una solución al problema de la pérdida óptica en el campo de la nanofotónica. Estos descubrimientos proponen un enfoque sintético multifrecuencia (CFW) para resolver la pérdida óptica en la propagación de polaritones. Los polaritones de superficie de plasmón y los polaritones de fonón tienen muchos beneficios, pero su aplicación práctica se ve obstaculizada por la pérdida óhmica. Durante las últimas tres décadas, estas limitaciones han obstaculizado el progreso en la nanofotónica, pero este descubrimiento podría mejorar el rendimiento de dispositivos como sensores, sistemas de imagen y circuitos nanofotónicos. Los investigadores desarrollaron un enfoque multifrecuencia que utiliza una onda de frecuencia compleja (CFW) para compensar las pérdidas en el sistema óptico. Emplearon la Transformada de Fourier para descomponer la onda de frecuencia compleja en componentes con frecuencias individuales. Al medir estos componentes, los investigadores pueden comprender y compensar la pérdida de energía. Este enfoque tiene un gran potencial en diversos campos, como la propagación de polaritones y la imagen de súper resolución.
Definiciones:
1. Nanofotónica: El campo de la ciencia que estudia la luz a una escala extremadamente pequeña, a nivel de nanómetros.
2. Polaritones: Cuasipartículas formadas por el acoplamiento de fonones (vibraciones de la red cristalina) y fotones (partículas de luz).
3. Pérdida óptica: La pérdida de energía de la luz al entrar en contacto con materiales naturales.
4. Pérdida óhmica: Generación de calor causada por el flujo de corriente eléctrica a través de la resistencia de un material.
5. Enfoque multifrecuencia: Un método que utiliza ondas complejas compuestas por diferentes frecuencias para lograr un objetivo específico, como compensar la pérdida óptica en dichos sistemas.
Enlaces relacionados sugeridos:
– Nature Materials (la página de inicio de la revista donde se puede encontrar más información sobre nanomateriales y nanotecnología)
– Artículo publicado en Nature Materials (enlace directo al artículo, requiere suscripción o acceso a la versión completa del artículo)
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