Nanofotónica
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Nanofotónica. Ciencia que se ocupa del estudio de las interacciones entre la materia y la luz, así como de la fabricación de material nanoestructurado, modificado de forma natural o artificial, en sus propiedades físicas, químicas o de estructura para explorar y aumentar las reacciones cuando interactúa con la luz láser.
Sumario
Estudios
La Nano-fotónica o Nano-óptica se dedica al estudio de la propagación y confinamiento de campos electromagnéticos y su interacción con la materia a escala menor que su longitud de onda. La Plasmónica es un campo de investigación emergente que estudia esos fenómenos en materiales metálicos. No es, como en la mayoría de las disciplinas inmersas en el resultado de la mera reducción del tamaño de los elementos bajo estudio. A menudo, sucede que las propiedades intrínsecas de estos cambian al reducirse el tamaño. En otros casos lo que da lugar a ciencia novedosa es el hecho de encontrarse con elementos y distancias características conmensurables con la longitud de onda de la luz. Para convertirse en el heredero de la óptica convencional es aún necesario avanzar en diversos frentes, en particular en el desarrollo de materiales, tanto en la aproximación ascendente o bottom-up ensamblar entidades para formar una estructura mayor, como en la descendente o top-down miniaturización y en la integración de los mismos con otros sistemas nanométricos. Se espera que las aplicaciones derivadas de la nanofotónica superen en variedad a las de la óptica clásica y se sitúen no sólo en el marco de las comunicaciones y la sociedad de la información, sino en otras áreas como la nanomedicina.
Investigaciones
Se han analizado fenómenos desde un punto de vista teórico utilizando modelos y técnicas de distinta complejidad. El trabajo de investigación se realiza en estrecha colaboración con grupos experimentales de reconocido prestigio a nivel internacional. Este grupo se dedica a la investigación teórica en Nanofotónica y Plasmónica, colaborando también con los grupos experimentales más destacados en estas dos áreas.
La actividad investigadora del grupo se puede resumir en los siguientes puntos:
- Fenómeno de Transmisión Extraordinaria en nuevos sistemas físicos.
- Óptica de plasmones superficiales scattering de plasmones de superficie y de plasmones de canal y de cuña.
- Efectos no lineales y aumento de intensidad del campo electromagnético en metales nanoestructurado.
- Metamateriales metálicos.
- Optimización de dispositivos ópticos basados en plasmones superficiales.
- Transferabilidad de los fenómenos basados en plasmones a ondas de materia.
- Extensión de conceptos plasmónicos a ondas de sonido.
Miembros del grupo
- Prof. Francisco J. García Vidal
- Dr. Juan Antonio Porto
- Dr. Esteban Moreno
- Antonio Fernández Domínguez
- Johan Christensen
- Diego Martín Cano
- Ricardo Quesada
Nanofotónica en la transmisión de datos informáticos
Un equipo de investigadores ha desarrollado un diodo emisor de luz ultrarrápido que consume menos energía que los actuales sistemas basados en láser, y es capaz de transmitir datos a 10 mil millones de bits por segundo. Los investigadores afirman que este avance supone un gran paso hacia adelante hacia una transmisión de datos informáticos ultrarrápida, práctica y de bajo consumo.
La profesora de Ingeniería Eléctrica, Jelena Vuckovic, autora principal del estudio, junto al estudiante Gary Shambat. Había creado un láser a nanoescala igual de eficaz y rápido, pero con el inconveniente de funcionar solo a temperaturas de unos 190 grados centígrados bajo cero, haciéndolo poco práctico para su uso comercial. El nuevo dispositivo, sin embargo, funciona a temperatura ambiente y puede, por tanto, significar un paso importante hacia los procesadores de nueva generación.
Creciente demanda de energía
Las fuentes de luz de baja potencia, con control eléctrico, son de vital importancia para los sistemas ópticos de nueva generación óptica y las crecientes demandas de energía de la industria informática. El nuevo LED es un tipo especial de diodo que emite luz más o menos a una sola longitud de onda, de forma muy similar a un láser. Tradicionalmente, los ingenieros han pensado que sólo el láser puede comunicar a altas velocidades de datos y bajo consumo, explica Shambat, pero nuestra tecnología nanofotónica puede realizar las mismas tareas que un láser usando menos energía.
Utilidades del cristal
El cristal fotónico sirve como un espejo que rebota la luz hacia el centro del dispositivo, confinándola en el interior del LED y haciéndola resonar a una frecuencia única. Según Vuckovic, sin los ingredientes nanofotónicos los puntos cuánticos y el cristal fotónico es imposible producir un LED eficiente.
El diodo
Los dispositivos existentes son en realidad dos, un láser y un modulador externo. Ambos necesitan energía eléctrica. El diodo de Vuckovic, sin embargo, combina la emisión de luz y las funciones de modulación en un solo dispositivo, lo que reduce drásticamente el consumo de energía.
Ventajas
Entre sus ventajas, esta tecnología se destaca por sus altas prestaciones y, fundamentalmente, su bajo consumo, contribuyendo significativamente a la lucha contra el cambio climático. La tecnología nanofotónica permite ampliar equipos que procesen datos a unas velocidades hasta ahora desconocidas. Pero, más allá de esta ventaja, su irrupción en nuestros ordenadores -que se prevé que llegue antes de 2012 permitirá reducir hasta un 30% el consumo de nuestros equipos. Si se extrapola un porcentaje a los millones de ordenadores de todo el mundo, podemos entender la enorme importancia que tendrá la tecnología nanofotónica con silicio en la lucha contra el cambio climático y, por tanto, la relevancia de este proyecto.
Aportes
Las grandes compañías fabricantes de componentes y los operadores de telecomunicación se han dado cuenta de que no pueden aumentar la velocidad de los procesadores y equipos para las redes de fibra óptica sin asociarle un aumento de consumo de energía.
La fotónica evita esta relación de causa-efecto y, aunque se trata de una tecnología que todavía está en fase de desarrollo, los expertos -INTEL, IBM- coinciden en que es ya la tecnología del futuro. De este modo, HELIOS introduce un nuevo concepto de enorme importancia en la coyuntura actual, en la que la protección del medio ambiente está en boca de todos.
La tecnología fotónica, al consumir menos, contribuirá de manera muy significativa a luchar contra el cambio climático, destaca nuevamente el director del Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) de la Politécnico.
