Pequeños dispositivos ópticos cambian cómo se controla la luz

Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva plataforma nanofotónica utilizando bromuro de sulfuro de cromo (CRSBR), un material cuántico en capas que podría transformar el diseño de dispositivos ópticos modernos.Esto permite componentes eficientes ultracompactos que pueden cambiar dinámicamente los modos ópticos, algo previamente difícil de lograr en la nanofotónica.

La ventaja clave de CRSBR radica en su combinación de ordenamiento magnético y una fuerte respuesta óptica.Permite un ajuste continuo y reversible de las propiedades ópticas utilizando campos magnéticos modestos sin movimiento mecánico o cambios térmicos.Esta sintonización combinada con un alto índice de refracción permite la creación de estructuras ópticas de unos pocos nanómetros de espesor, mucho más pequeños que los hechos de materiales convencionales.

El comportamiento óptico del material es impulsado por excitones, cuasipartículas formadas cuando la luz excita un electrón que deja un orificio cargado positivamente.Estos pares límite interactúan fuertemente con la luz y responden altamente a los campos magnéticos, lo que hace posible controlar cómo se mueve la luz a través del material.

A diferencia de los materiales nanofotónicos tradicionales como el silicio, el nitruro de silicio y el dióxido de titanio, CRSBR ofrece mejoras significativas en dos áreas clave, índice de refracción y sintonizabilidad.Los materiales existentes tienen índices de refracción relativamente modestos, lo que limita el grado en que pueden limitar la luz y restringiendo cómo pueden ser los dispositivos compactos.Además, sus propiedades ópticas se fijan después de la fabricación, lo que significa que cualquier cambio generalmente requiere alterar físicamente la estructura.

CRSBR supera ambas limitaciones.Su gran índice de refracción permite un confinamiento de luz más estricto, mientras que su sensibilidad magnética permite un control dinámico.Cuando se aplica un campo magnético, el índice de refracción cambia significativamente, lo que permite que los dispositivos cambien entre diferentes modos ópticos sin piezas móviles.

Esta fuerte interacción de la lámpara de luz también conduce a la formación natural de polaritones, cuasipartículas híbridas que combinan propiedades de la luz y la materia.Estos polaritones admiten efectos ópticos no lineales mejorados y permiten el transporte de luz cuántica incluso sin cavidades ópticas externas.

Hasta ahora, las manifestaciones han utilizado copos CRSBR que operan a temperaturas criogénicas de hasta 132 kelvins.Sin embargo, el material es compatible con las plataformas fotónicas existentes y podría usarse como un componente sintonizable en futuros circuitos fotónicos.Esto es particularmente prometedor para aplicaciones en simulación cuántica, óptica no lineal y sistemas polaritónicos reconfigurables donde la operación de baja temperatura es aceptable.

La investigación está en curso para encontrar materiales relacionados con mayores temperaturas de pedidos magnéticos que podrían soportar la operación de temperatura ambiente y una adopción más amplia en dispositivos prácticos