Cuando la luz se acopla a electrones sobre una superficie, su movimiento coordinado puede desplazarse como una onda guiada por la geometría de la propia superficie. Tales ondas, denominadas plasmones superficiales, podrían influir en el desarrollo de las telecomunicaciones y la informática, dado que en el futuro, muy probablemente, los datos se procesen empleando la luz y no la electricidad. No es sólo que el uso de la luz sea más eficiente, desde el punto de vista energético, que el uso de la electricidad; además, ello permite reducir hasta la escala nanométrica el tamaño de los procesadores, y éste es un paso necesario en los empeños por construir sensores de gran resolución y sistemas de procesamiento de señales a nanoescala.
No obstante, para construir estos procesadores nanométricos, existe la dificultad de que previamente hay que conseguir apilar distintas capas de materiales avanzados y rastrear la luz guiada en su desplazamiento a través de dichas capas. Este era un objetivo que se resistía a la ciencia, hasta ahora.
Según un estudio publicado recientemente en la revista científica Nature Communications, unos científicos han logrado un gran avance de cara a los ordenadores híbridos óptico-electrónicos del futuro. Estos científicos, pertenecientes a la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) y participantes en los proyectos TRUEVIEW y USED (financiados con fondos europeos), han creado una técnica ultrarrápida capaz de rastrear la luz y los electrones a medida que se desplazan a través de una superficie nanoestructurada y apilada.
Un trabajo pionero
El proyecto USED tenía el propósito de desentrañar y controlar las propiedades de los materiales a escala atómica. Ha sido el primero en aplicar con éxito un microscopio electrónico de transmisión (TEM) ultrarrápido que se basa en un diseño nuevo y que proporciona una resolución temporal y sensibilidad sin precedentes a los contactos magnéticos. Un TEM es un telescopio avanzado con el cual el usuario puede captar instantáneas de materiales a velocidad de femtosegundos con la resolución atómica que garantizan los electrones de alta energía. Los investigadores confinaron un campo electromagnético sobre la superficie de un único nanoalambre y captaron imágenes de sus propiedades en el espacio y la energía. Entonces captaron una instantánea de la propia luz con el TEM diseñado en USED, lo que también sacó a relucir su naturaleza cuántica y clásica.
TRUEVIEW, por su parte, logró desentrañar los principios funcionales de ondas ópticas confinadas a nanoescala y también la manipulación de la luz en nanoestructuras optoelectrónicas. El proyecto puso en práctica innovadoras técnicas de imagen electrónica para visualizar directamente y caracterizar nanoestructuras fotónicas y plasmónicas en el espacio y en el tiempo con resolución nanométrica y en femtosegundos. Así, ha conseguido afianzar el campo de la microscopia electrónica ultrarrápida en el seno de la comunidad científica europea.
Luces, cámara, nanoacción
Aprovechando el TEM diseñado en USED, los dos proyectos mencionados han colocado los cimientos de toda una gama de aplicaciones optoelectrónicas, incluyendo la técnica ultrarrápida para rastrear luz y electrones a través de superficies nanoestructuradas apiladas. En este proceso interviene una serie de antenas diminutas que lleva integrada una membrana extremadamente fina de nitruro de silicio, la cual está recubierta con una capa aún más delgada de plata. La superficie de dicha serie posee multitud de orificios nanométricos que sirven como antenas y permiten a los plasmones atravesar su zona de contacto.
Seguidamente, estas antenas se encienden lanzando impulsos de láser ultrarrápidos sobre dicha serie, seguidos por impulsos también ultrarrápidos de electrones lanzados a través de la pila multicapa. Con este proceso, los científicos pueden generar un mapa de los plasmones radiados por las antenas en la zona de contacto entre la película de plata y la membrana de nitruro de silicio. Gracias a la técnica ultrarrápida PINEM, los científicos pueden grabar la propagación de la luz guiada y leer su perfil espacial a lo largo de dicha película. En cierto modo, esta innovación fruto de USED y TRUEVIEW hace posible ver a través de paredes, a partir de lo cual se podrá diseñar los campos plasmónicos confinados en estructuras multicapa que se necesitan para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos.
Para más información, consulte:
Sitio web del Laboratorio Lumes de Microscopia Ultrarrápida y Difracción Electrónica
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