Cómo manipular la luz en la nanoescala en amplios rangos de frecuencia
Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Oviedo y del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN-CSIC), junto con científicos de los centros de investigación vascos CIC nanoGUNE, Donostia Internatioanl Physics Center (DIPC), Centro de Física de Materiales (CFM, CSIC-UPV/EHU), y colaboradores internacionales de la Academia de Ciencias de China, la Universidad Case Western Reserve (EE.UU.), el Instituto Austríaco de Tecnología, el Centro de Materiales de París y la Universidad de Tokio han descubierto un método eficaz para controlar la frecuencia de la luz confinada en la nanoescala. Los resultados se publicaron recientemente en Nature Materials.
Las investigación con nanoluz (cien veces más pequeña que el grosor de un cabello humano) se ha desarrollado considerablemente en los últimos años gracias a la utilización de nanomateriales estructurados en láminas como el grafeno, el nitruro de boro o el trióxido de molibdeno: los llamados materiales van der Waals.
Uno de los principales inconvenientes de las aplicaciones tecnológicas de esta nanoluz es la limitación de las gamas de frecuencias características de cada material. Pero ahora, un equipo internacional ha propuesto un novedoso método que permite ampliar significativamente esta gama de frecuencias de trabajo de los polaritones en los materiales de van der Waals. El método consiste en la intercalación de átomos alcalinos y alcalinotérreos, como el sodio, el calcio o el litio, en la estructura laminar del material de pentaóxido de van der Waals, lo que permite modificar sus enlaces atómicos y, por consiguiente, sus propiedades ópticas.
Teniendo en cuenta que una gran variedad de iones y contenedores de iones pueden intercalarse en materiales laminados, cabe esperar una respuesta espectral a la demanda de polaritones de fonones en los materiales de van der Waals, que con el tiempo cubrirá todo el rango del infrarrojo medio, algo crítico para el campo emergente de la fotónica de polaritones de fonones.
El hallazgo, publicado en la revista Nature Materials, permitirá avanzar en el desarrollo de tecnologías fotónicas compactas, como los sensores biológicos de alta sensibilidad o las tecnologías de la información y las comunicaciones a nanoescala.
Referencia
Javier Taboada-Gutiérrez, Gonzalo Álvarez-Pérez, Jiahua Duan, Weiliang Ma, Kyle Crowley, Iván Prieto, Andrei Bylinkin, Marta Autore, Halyna Volkova, Kenta Kimura, Tsuyoshi Kimura, M.-H. Berger, Shaojuan Li, Qiaoliang Bao, Xuan P. A. Gao, Ion Errea, Alexey Y. Nikitin, Rainer Hillenbrand, Javier Martín-Sánchez and Pablo Alonso-González
Broad spectral tuning of ultra-low-loss polaritons in a van der Waals crystal by intercalation
Nature Materials, 2020.