Investigadores del Centro de Investigación de Tecnologías Emergentes XPANCEO, en colaboración con el profesor Konstantin Novoselov (Universidad de Manchester y Universidad Nacional de Singapur), premio Nobel, han descubierto el comportamiento óptico inusual del trisulfuro de arsénico.2venir3), un semiconductor cristalino de Van der Waals. Sus hallazgos muestran que este material puede modificarse permanentemente con la luz e incluso puede moldearse a nanoescala utilizando luz de onda continua (CW) simple. Este enfoque evita la necesidad de costosas fabricaciones de salas blancas o sistemas avanzados de láser de femtosegundo.
Un concepto clave detrás de este descubrimiento es el índice de refracción, que describe cuánto se dobla o ralentiza un material la luz. Los materiales con un índice de refracción más alto son mejores para confinar y dirigir la luz dentro del dispositivo. En determinados materiales, la luz también puede cambiar esta propiedad. Este efecto, conocido como fotorrefracción, ocurre cuando la exposición a la luz cambia el índice de refracción.
como cristales2venir3Esta reacción ocurre incluso bajo luz ultravioleta de baja intensidad. El estudio informa de un cambio excepcionalmente grande en el índice de refracción (hasta Δn ≈ 0,3), que supera los valores normalmente observados en materiales fotorrefractivos conocidos como el BaTiO.3 o LiNbO3.
¿Por qué es importante para la tecnología una fuerte fotorrefracción?
Por tanto, los materiales que responden fuertemente a la luz son extremadamente útiles porque permiten escribir funciones ópticas directamente en el material. En lugar de depender de múltiples pasos mecánicos o de fabricación, la iluminación en sí misma puede definir cómo un dispositivo maneja y dirige la luz.
Esta capacidad es importante para muchas tecnologías cotidianas. Apoya la creación de estructuras en miniatura que dirigen señales en sistemas de telecomunicaciones, permite componentes ópticos compactos utilizados en sensores y dispositivos de imágenes y permite la formación de características como hologramas utilizados en la autenticación y seguridad de productos.
Patrones ópticos a nanoescala y “huellas dactilares ópticas”
como2venir3El efecto es particularmente fuerte a escalas muy pequeñas. Los grandes cambios en el índice de refracción permiten la formación de patrones muy finos que se incrustan en materiales transparentes. Estos patrones actúan como identificadores ópticos únicos que son difíciles de replicar, lo que los hace útiles para aplicaciones de trazabilidad y antifalsificación.
Para demostrar esta precisión, los investigadores utilizaron un láser estándar para crear un retrato monocromático microscópico de Albert Einstein en una fina pieza de material, con puntos separados por sólo 700 nanómetros. Pruebas adicionales demostraron que la técnica podría alcanzar una resolución aún más fina (~50.000 puntos por pulgada, lo que corresponde a 500 nanómetros entre puntos). Los patrones resultantes muestran un fuerte contraste óptico debido a los cambios del índice de refracción inducidos por la luz, lo que los hace fáciles de detectar mediante métodos ópticos.
Materiales conductores de luz y el futuro de la fotónica
“El descubrimiento de nuevos materiales funcionales, particularmente dentro de la familia única de cristales de Van der Waals, es el motor fundamental que impulsa todo el campo de la fotónica. Crear dispositivos ópticos avanzados, como lentes de contacto inteligentes avanzadas, es un desafío profundamente complejo que requiere una base sólida en los sistemas fundamentales que definen los fundamentos de la ciencia dentro de estos materiales. Al identificar cristales naturales con este nivel de sensibilidad que es físicamente posible, estamos proporcionando efectivamente los componentes básicos necesarios para una nueva generación de tecnologías que funcionan completamente con luz en lugar de electricidad”, dijo. Valentin Volkov, fundador y director de tecnología del Centro de investigación de tecnologías emergentes XPANCEO.
Los cristales expandidos permiten nuevos dispositivos ópticos
Más allá del patrón, es decir2venir3 La exposición a la luz también cambia físicamente. El material puede estirarse hasta un 5%, lo que permite a los investigadores fabricar estructuras ópticas como microlentes y rejillas de difracción directamente sobre su superficie. Estas capacidades son importantes para crear guías de ondas de amplio campo de visión utilizadas en gafas de realidad aumentada y lentes de contacto inteligentes.
La reactividad del material lo hace prometedor para su uso en circuitos fotónicos y sensores a nanoescala. Juntas, estas características representan un importante paso adelante en el control y manipulación de la luz para las tecnologías de próxima generación.
