Investigadores del INMA participan en la creación de un material en un estado mixto luz- materia.
Un equipo internacional en el que participan investigadores del CSIC y del Centro Universitario de la Defensa (CUD) de Zaragoza en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, INMA, (CSIC – Universidad de Zaragoza), ha desarrollado un material que contiene luz infrarroja atrapada en sus átomos, incluso cuando no está iluminado.
Los resultados obtenidos en esta investigación, liderada en la parte teórica por el INMA y en la experimental por la Universidad de Minesota, podrían permitir el desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos (que combinan luz y electrónica) de nueva generación, basados en tecnologías cuánticas.
La gran importancia de los resultados de la investigación ha permitido su publicación en la prestigiosa revista internacional NaturePhotonics.
La física cuántica estudia los fenómenos naturales de la luz y la materia en las escalas más pequeñas. En este estudio, los investigadores han desarrollado un proceso innovador que permite un "acoplamiento ultrafuerte" entre la luz infrarroja (fotones) y las vibraciones atómicas de la materia (fonones) al atrapar la luz en pequeños agujeros anulares, de unos 2 nanómetros de diámetro (25.000 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano), en una fina lámina de oro. Estas nanocavidades, similares a una versión muy reducida de los cables coaxiales que se utilizan para enviar señales eléctricas (como los cables de entrada a los televisores), se rellenaron de dióxido de silicio, que es esencialmente el material que compone el vidrio de una ventana. Gracias al uso de las tecnologías empleadas en el diseño de los chips de los ordenadores se lograron producir millones de estas cavidades que exhibían, todas ellas y de manera simultánea, este acoplamiento fotón-vibración ultrafuerte.
"Es fascinante que, en este régimen de acoplamiento, el vacío no está vacío. En cambio, contiene fotones con longitudes de onda determinadas por las vibraciones moleculares. Además, estos fotones están extremadamente confinados y son compartidos por un número mínimo de moléculas", comenta uno de los autores principales del artículo, el profesor Luis Martin-Moreno miembro del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), y del Grupo de Excelencia del Gobierno de Aragón “Quantum Materials and Devices” (QMAD).
"Normalmente, pensamos en el vacío como básicamente nada, pero resulta que esta fluctuación de vacío siempre existe", indica el otro autor principal del estudio, Sang-Hyun Oh, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Minesota. "Este es un paso importante para aprovechar esta denominada fluctuación de energía cero para hacer algo útil".
“Las nanocavidades que hemos diseñado nos permiten modificar el modo en que luz y materia interactúan. Variando de forma controlada sus dimensiones, podemos pasar del régimen de acoplamiento débil al ultrafuerte. Nuestro siguiente objetivo es emplear estos dispositivos como “nanolaboratorios”, donde probaremos diversos materiales y evaluaremos nuevas teorías” comenta otro de los autores, el Dr. Fernando de León-Pérez, Profesor Contratado Doctor del Centro Universitario de la Defensa de Zaragoza y doctor vinculado en el INMA.
