Compresión de luz infrarroja

Es posible comprimir el calor a una décima parte de su tamaño

Compresión de luz infrarroja

Ya existen varias técnicas para comprimir la luz, comprimiéndola por debajo del límite de difracción, y esta miniaturización de la luz está permitiendo despegar una serie de áreas, entre ellas toda la tecnología fotónica, los procesadores de luz y, por supuesto, la computación cuántica.

Pero hasta ahora nadie había conseguido "exprimir" la luz infrarroja, el mecanismo por el que se transfiere calor de un objeto a otro a distancia, sin necesidad de contacto, como ocurre en la transferencia de calor por conducción o convección.

La hazaña recayó en Ruijuan Xu y sus colegas de la Universidad de Carolina del Norte, en Estados Unidos, quienes crearon membranas ultrafinas, hechas de óxidos, que demostraron ser capaces de comprimir la luz infrarroja a una intensidad mucho mayor que la que se logra con cristales, que son la técnica básica para el confinamiento de la luz infrarroja, pero no hacen un trabajo lo suficientemente bueno a efectos prácticos.

La innovación promete permitir toda una nueva generación de tecnologías de imágenes infrarrojas (o visión nocturna), así como nuevas herramientas para eliminar el calor de los chips, por ejemplo.

"Este trabajo establece una nueva clase de materiales ópticos para controlar la luz en longitudes de onda infrarrojas, que tiene aplicaciones potenciales en fotónica, sensores y gestión térmica", afirmó el profesor Yin Liu, coordinador del equipo. "Imagínese poder diseñar chips de computadora que puedan utilizar estos materiales para liberar calor y convertirlo en luz infrarroja".

"El trabajo también es apasionante porque la técnica que demostramos para crear estos materiales significa que las películas delgadas se pueden integrar fácilmente en una amplia variedad de sustratos", destacó Xu. "Esto debería facilitar la incorporación de los materiales en muchos tipos diferentes de dispositivos".

Cómo comprimir la luz

Los investigadores trabajaron con cristales de perovskita de metales de transición. Específicamente, utilizaron deposición con láser pulsado para hacer crecer una membrana de titanato de estroncio cristalino (SrTiO3) de 100 nanómetros de espesor en una cámara de vacío, generando películas delgadas con pocos defectos. Luego, estas finas películas se retiraron del sustrato en el que crecieron y se colocaron sobre una superficie de óxido de silicio, lo que demuestra que la técnica es compatible con toda la tecnología microelectrónica.

Cuando la luz infrarroja incide sobre este material, entran en acción partículas y cuasipartículas que se encargan de compactar la luz. Los fonones y los fotones son formas en que la energía viaja a través y entre materiales. Los fonones son esencialmente ondas de energía causadas por la vibración de los átomos. Los fotones son esencialmente ondas de energía electromagnética. Puedes pensar en los fonones como unidades de energía del sonido, mientras que los fotones son unidades de energía luminosa. La magia de la compresión de la luz es que ambas están mediadas por polaritones, que son cuasipartículas que se producen cuando un fotón infrarrojo se acopla a un fonón "óptico", es decir, un fonón que puede emitir o absorber luz.

"Hemos demostrado que podemos confinar la luz infrarroja al 10% de su longitud de onda manteniendo su frecuencia, lo que significa que la cantidad de tiempo que tarda una longitud de onda en circularizarse es la misma, pero la distancia entre los picos de la onda es mucho más cercana. "Las técnicas de cristales masivos limitan la luz infrarroja a aproximadamente el 97% de su longitud de onda", dijo Xu.

Con una longitud de onda mucho más corta es posible alcanzar un nuevo nivel de miniaturización de los dispositivos diseñados para trabajar con luz infrarroja, colocándolo todo dentro de chips, ya sea para tomar el calor y enviarlo, o para recibir estas ondas de calor y generar imágenes.