Científicos de la Universidad de Twente (UT) han logrado confinar la luz en una nanocavidad de cristal fotónico tridimensional que puede llevar al desarrollo de láseres y LEDs diminutos y eficientes.
El confinamiento de la luz en un volumen minúsculo en el espacio es uno de los principios básicos de la fotónica. Para lograr el confinamiento de la luz a micro y nanoescala, se han investigado muchos tipos de dispositivos, como microesferas, micropilares, microdiscos, anillos toroidales, etc.
Una cavidad o confinamiento bien conocida es el realizado a partir de dos espejos entre los cuales se forma una onda estacionario de un cierto color de luz, dependiendo de la distancia entre los espejos. Este es el principio de funcionamiento del láser. Pero la luz que se fuga por los lados, nunca volverá a reflejarse. ¿Sería posible atrapar un fotón dentro de una “celda de prisión” tridimensional rodeada de espejos? Los investigadores de la Universidad de Twente han logrado demostrarlo. Los espejos, en este caso, están formados por un cristal fotónicos tridimensional, que consiste en poros que se han grabado profundamente en el silicio en dos direcciones perpendiculares entre sí. Los resultados han sido publicados en la revista científica American Physical Society.
La estructura y periodicidad de los poros permite que solo la luz de ciertas longitudes de onda se propague dentro del cristal. Pero, ¿cómo se crea una estructura como esta, una cavidad para atrapar un fotón?. Los investigadores de la UT muestran que estos es posible al cambiar deliberadamente el diámetro de los poros. En su punto de cruce, una irregularidad o defecto se forma dentro del cristal. Esta pequeña cavidad está rodeada por la estructura periódica de cristal, lo que obliga al fotón a volver a la cavidad. Simplemente no hay escape. “Nuestros cálculos muestran que en este pequeño volumen de la cavidad, la energía óptica aumenta hasta 2400 veces en comparación con el exterior del cristal. Esta es una mejora muy grande, dadas las pequeñas dimensiones «, explicar el Dr. Devashish, autor principal del artículo.
Al alterar la estructura periódica localmente, el cristal también muestra una absorción considerable de luz visible, hasta diez veces la absorción de silicio a granel. “Esta fuerte absorción, en un volumen muy pequeño, es una gran propiedad para los nuevos sensores. Gracias a la alta densidad de los poros, el cristal es muy ligero”, declaró el profesor Willem Vos. Es el líder del grupo Complex Photonics Systems en el Instituto MESA + de la UT.
En publicaciones anteriores, el grupo demostró que los cristales fotónicos tipo diamante pueden reflejar una amplia gama de colores de luz para todos los ángulos: estos resultados llevaron al nuevo descubrimiento que se presenta ahora. En las próximas generaciones de circuitos integrados fotónicos (PIC), se espera que las nanocavidades desempeñen un papel importante en el tratamiento de señales ópticas, en el almacenamiento de información o en dispositivos fotónicos cuánticos.
