El desenvolvimientu con ésitu de les futures nanotecnologías fotónicas en comunicaciones y sensores biolóxicos depende n'última instancia de la nuesa capacidá para controlar l'espardimientu de la nanoluz en circuitos ópticos de tamañu nanométrico (10.000 vegaes más pequenu que la grosez d'un pelo humano). Un equipu internacional formáu por personal científico del departamentu de Física de la Universidá d'Uviéu, el Centru d'Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (C1NN) del CSIC en L'Entregu, el Donostia International Physics Center (DIPC) de San Sebastián, l'institutu de Física y Tecnoloxía de Moscú de Rusia y l'Institutu de Tecnoloxía d'Austria (IST), llogró un finxu al consiguir emponer la nanoluz a lo llargo de direcciones hasta agora prohibíes nun material d'espesura nanométrico. L'afayu, publicáu na revista Science Advances, tien aplicaciones en procesamientu de la información, telecomunicaciones, sensores y control del calor na escala de los nanómetros.

El personal investigador demostró esti afayu nun material de van der Waals que puede estremase en llámines d'unos pocos átomos d'espesura, como un paquete de folios que se dixebren fácilmente. El más conocíu d'esta familia de materiales ye'l grafeno, pero hai munchos otros que tán anguaño siendo investigaos intensamente poles sos propiedaes úniques. Dalgunos d'esos materiales tienen la capacidá de dexar l'espardimientu de la nanoluz o polaritones, ondes electromagnétiques que s'esciten al allumar el material y arrobínense sobro la so superficie de forma análoga a les foles nel mar.

Nesti trabayu, lideráu pola Universidá d'Uviéu y el Donostia International Physics Center, el investigadores utilizaron el trióxidu de molibdenu, otru material de van der Waals. Al contrariu de lo qu'asocede en materiales convencionales onde la nanoluz pue arrobinase a lo llargo de toles direcciones, nel trióxidu de molibdenu la nanoluz pue arrobinase namá a lo llargo de direcciones específiques, ente que nun puede n'otres direcciones que tán prohibíes. Esta capacidá tan exótica pa emponer nanoluz direccionalmente tien aplicaciones bien interesantes en campos tan diversos como la bio-detección, les telecomunicaciones y, poro, la posibilidá de controlar dicha dirección d'espardimientu so demanda abriría un cientu de nueves posibilidaes.

Agora, los científicos afayaron que ye posible reorientar l'espardimientu de la nanoluz a lo llargo d'estes direcciones primeramente prohibíes acoplando dicha nanoluz nel trióxidu de molibdenu con determinaos sustratos, como por casu el carburu de siliciu. Los esperimentos realizar por aciu visualización directa del fenómenu utilizando un microscopiu ópticu de barríu de campu cercano, unu de los métodos más avanzaos na investigación de nuevos nanomateriales.

"Los nuesos esperimentos superaron con muncho les nueses mires", señala Jiahua Duan, investigador postdoctoral nel grupu de Nano-óptica Cuántica de la Universidá d'Uviéu. "Al superponer el trióxidu de molibdenu sobro carburu de siliciu, vimos que podíamos unviar la nanoluz a lo llargo de direcciones prohibíes".

"Al estudiar l'orixe del espardimientu de la nanoluz a lo llargo de direcciones prohibíes, dimos cuenta de que tenía enforma que ver con una propiedá matemática: la topoloxía", añede Gonzalo Álvarez Pérez, estudiante de doctoráu nel grupu de Nano-óptica Cuántica. "Esti fechu apurre nueves conocencies fundamentales sobro la nanoluz en materiales altamente anisótropos y, anque esti trabayu basar n'unos materiales y un rangu espectral específicos, sienta les bases pa poder faer estensible estes característiques óptiques tan inusuales a otros sistemes". "El nuesu afayu nesti material tien importantes implicaciones nel desenvolvimientu de les futures tecnoloxíes de la información y les comunicaciones, yá que puede utilizase como direccionador, dexando emponer l'espardimientu de nanoluz a lo llargo de la dirección deseyada", esplica Javier Martín Sánchez, investigador Ramón y Cajal nel grupu de Nano-óptica Cuántica.

"Esti trabayu apurre nueves conocencies fundamentales sobro l'apaición de transiciones topolóxiques en materiales de van der Waals, que constitúin xuna plataforma ideal pa traducir a la óptica recién meyores en topoloxía en materiales electrónicos, xuna ruta bien prometedora pa dirixir la lluz eficientemente na nanoescala", añede Alexey Yu Nikitin, investigador Ikerbasque del Donostia International Physics Center. Como queda de manifiestu nesti estudiu, les estructures compuestes por llámines de materiales de van der Waals apurren funcionalidades significatives nel campu emerxente de la nano-óptica. Pablo Alonso González, líder del grupu de Nano-óptica Cuántica, esplica que "la posibilidá d'emponer l'espardimientu de lluz na nanoescala a lo llargo de nueves direcciones va dexar el desenvolvimientu d'aplicaciones en sensores biolóxicos, tecnoloxíes cuántiques o aprovechamientu del calor na nanoescala".

Referencia:

Jiahua Duan, Gonzalo Álvarez-Pérez, Kirill. V. Voronin, Iván Prieto, Javier Taboada-Gutiérrez, Valentyn S. Volkov, Javier Martín-Sánchez, Alexey. Y. Nikitin and Pablo Alonso-González, Science Advances. 2021. "Enabling propagation of anisotropic polaritons along forbidden directions via a topological transition".