Investigadores nacionales logran acoplar la luz y el sonido en un nuevo metamaterial

El estudio, liderado por especialistas de Argentina en colaboraciรณn con Alemania, podrรญa jugar un papel clave en la manipulaciรณn de tecnologรญas cuรกnticas y procesos comunicacionales a nivel microscรณpico.
luz
Andrรฉs Reynoso (izquierda), Ignacio Papuccio, Alejandro Fainstein y Axel Bruchhausen, autores del estudio trabajando en el Laboratorio de Fotรณnica y Optomecรกnica en Bariloche. Crรฉdito: Marion Prieto, Instituto Balseiro.

Una investigaciรณn reciente descubriรณ un novedoso comportamiento en un metamaterial de fluidos de luz y sonido, creado a partir de una red de nanolรกseres acoplados. El equipo responsable estuvo formado por profesionales del Instituto Balseiro, el Centro Atรณmico Bariloche, la Comisiรณn Nacional de Energรญa Atรณmica (CNEA), el Consejo Nacional de Investigaciones Cientรญficas y Tรฉcnicas (CONICET) y el Paul-Drude-Institut de Alemania.

En un artรญculo publicado en la revista Nature Communications, les cientรญfiques describieron cรณmo las nanoestructuras estudiadas exhiben patrones โ€œtemporalesโ€ al fijar sus frecuencias de emisiรณn de luz en una diferencia constante. Este hallazgo contribuye a la comprensiรณn fundamental de este fenรณmeno, y abre nuevas posibilidades en la manipulaciรณn de seรฑales de luz y sonido a escalas diminutas.

El potencial impacto de esta investigaciรณn se extiende al campo de las tecnologรญas cuรกnticas y las comunicaciones. En este sentido, podrรญa utilizarse en la transducciรณn de seรฑales de microondas a luz o viceversa, un proceso esencial en la transmisiรณn de informaciรณn en redes de telefonรญa celular.

3 Investigadores logran medir diferencias de frecuencia en materiales revolucionarios de luz y sonido nature.com
Les investigadores cuantificaron las diferencias de frecuencia entre los nanolรกseres al analizar la luz emitida durante la interacciรณn entre fotones, electrones y fonones, que alcanzaron magnitudes de varios gigahercios. Crรฉdito: Nature.com

Bloqueo asรญncrono en metamateriales de fluidos de luz y sonido

Los experimentos se basaron en la arquitectura de una red de nanocavidades, estructuras fabricadas con semiconductores que funcionan como pequeรฑos espejos. Estas cavidades generan un โ€œfluido de luzโ€ al mezclar luz y electrones, lo que da como resultado la creaciรณn espontรกnea de sonido o vibraciones mecรกnicas conocidas como fonones. Este fenรณmeno de interacciรณn entre luz y sonido dio lugar al patrรณn observado por los fรญsicos.

Uno de los aspectos destacados del estudio es la capacidad de les cientรญfiques para medir las diferencias de frecuencia entre los nanolรกseres, que alcanzan decenas de gigahercios. Esto fue posible gracias al anรกlisis de la luz emitida como resultado de la interacciรณn entre fotones, electrones y fonones en estos nuevos materiales.

Segรบn Alejandro Fainstein, uno de los autores del artรญculo y docente del Instituto Balseiro, la diferencia de frecuencia de la luz se fija espontรกneamente en mรบltiplos enteros de la frecuencia del sonido, que en los experimentos es del orden del ultrasonido. Este fenรณmeno, conocido como โ€œlockeo de frecuenciaโ€, se produce debido a la comunicaciรณn entre las cavidades de la red, lo que resulta en un patrรณn de diferencias constantes entre las frecuencias emitidas de la luz.

2 Investigadores logran medir diferencias de frecuencia en materiales revolucionarios de luz y sonido Instituto Balseiro
Dimitri Chafatinos (izq.) y Alexander Kuznetsov durante su participaciรณn en un taller en L’Ecole de Physique des Houches, Francia. Crรฉdito: Instituto Balseiro.

Al analizar la luz emitida durante la interacciรณn entre fotones, electrones y fonones, les investigadores cuantificaron las diferencias de frecuencia entre los nanolรกseres. Estas diferencias alcanzaron magnitudes de varios gigahercios, lo cual es notable cuando se considera que las redes de comunicaciones 5G utilizan frecuencias en el rango de 700 MHz y 3,5 GHz.

Con mรกs de una dรฉcada de trabajo, el equipo cientรญfico alcanzรณ un nuevo avance significativo en la investigaciรณn. Entre los logros destacados de estos aรฑos se encuentra la creaciรณn de un lรกser de sonido en 2020. Con este nuevo estudio, consiguieron un mayor control sobre las cavidades optomecรกnicas, ampliando su comprensiรณn y capacidad de manipulaciรณn en este campo.

Este importante avance en la comprensiรณn y manipulaciรณn de metamateriales de fluidos de luz y sonido podrรญa tener aplicaciones significativas en el campo de las tecnologรญas cuรกnticas y las comunicaciones a nivel microscรณpico. Ademรกs, se propusieron posibles desarrollos futuros, como la propagaciรณn unidireccional de luz y el uso de estas redes complejas como simuladores cuรกnticos.

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