El Instituto de investigación fundamental de la materia de física atómica y molecular (AMOLF), en colaboración con la Universidad Tecnológica de Delft, ha logrado detener las ondas de luz deformando el cristal fotónico bidimensional que las contiene. Este hallazgo proporcionaría diferentes formas de dirigir la luz sobre un chip.
Los investigadores demostraron que incluso una deformación sutil puede tener un efecto sustancial sobre los fotones del cristal, asemejándose al efecto que tiene un campo magnético sobre los electrones. Según los investigadores, este principio ofrece un nuevo enfoque para ralentizar los campos de luz y así mejorar su fuerza. Realizar esto en un chip es particularmente importante para muchas aplicaciones.
Manipular el flujo de luz en un material a pequeña escala es beneficioso para el desarrollo de chips nanofotónicos. Para los electrones, dicha manipulación se puede realizar utilizando campos magnéticos; la fuerza de Lorentz dirige el movimiento de los electrones. Sin embargo, esto es imposible para los fotones porque no tienen carga. Los investigadores del grupo de Fuerzas Fotónicas de AMOLF están buscando técnicas y materiales que les permitan aplicar fuerzas a fotones que se asemejen a los efectos de los campos magnéticos.
En un conductor, los electrones pueden, en principio, moverse libremente, pero un campo magnético externo puede impedirlo. El movimiento circular provocado por el campo magnético detiene la conducción y, por tanto, los electrones sólo pueden existir en el material si tienen energías muy específicas. Estos niveles de energía se llaman niveles de Landau y son característicos de los electrones en un campo magnético.
Sin embargo, en el material bidimensional de grafeno, que consiste en una sola capa de átomos de carbono dispuestos en un cristal, estos niveles de Landau también pueden ser causados por un mecanismo diferente al de un campo magnético. En general, el grafeno es un buen conductor electrónico, pero esto cambia cuando el conjunto de cristales se deforma. Esta deformación mecánica detiene la conducción; el material se convierte en un aislante y en consecuencia los electrones quedan ligados a los niveles de Landau. Por tanto, la deformación del grafeno tiene un efecto similar sobre los electrones de un material como un campo magnético, incluso sin un imán.
Deformación de la matriz de un cristal fotónico
Asimismo, los investigadores demostraron un efecto similar para la luz en un cristal fotónico, que consiste en un patrón regular (bidimensional) de agujeros en una capa de silicio. La luz puede moverse libremente en este material, al igual que los electrones en el grafeno. Para crear los niveles Landau para fotones, es necesario romper esta regularidad de la manera correcta para deformar la matriz y, en consecuencia, bloqueará los fotones.
En los niveles de Landau las ondas luminosas ya no se mueven; no fluyen a través del cristal, sino que permanecen quietas. Los investigadores demostraron que la deformación de la matriz cristalina tiene sobre los fotones un efecto similar al que tiene un campo magnético sobre los electrones.
Los investigadores jugaron con el patrón de deformación, incluso establecieron diferentes tipos de campos magnéticos efectivos en un mismo material. Como resultado, los fotones pueden moverse a través de ciertas partes del material, pero no en otras. Por lo tanto, estos conocimientos también proporcionan nuevas formas de dirigir la luz sobre un chip.