💥 Este cristal podría llevarnos de la era electrónica a la era fotónica
Publicado por Adrien,
Fuente: Proceedings of the National Academy of Sciences
Otros Idiomas: FR, EN, DE, PT
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Se vuelve posible esculpir directamente el material sin etapas de fabricación elaboradas. Así se pueden crear estructuras que guían la luz para las telecomunicaciones, elementos difractivos para sensores e imágenes, o patrones holográficos para seguridad. Una huella óptica también puede servir como identificador único, muy difícil de reproducir.
Un láser continuo de 532 nm esculpió motivos microscópicos sobre una pepita de As₂S₃, incluyendo un retrato monocromático de Albert Einstein (puntos espaciados 700 nm) y un motivo similar a un código QR (puntos espaciados 600 nm).
Crédito: XPANCEO
A escala nanométrica, los detalles son de una fineza notable. Los investigadores escribieron un retrato de Einstein con puntos espaciados 700 nanómetros, alcanzando incluso una resolución de 50 000 puntos por pulgada (500 nanómetros entre puntos). Estos motivos, que presentan un fuerte contraste gracias al cambio de índice, son fácilmente legibles con métodos ópticos convencionales.
Pero la luz no solo modifica las propiedades ópticas del cristal: también lo hace expandirse físicamente. El As₂S₃ puede hincharse hasta un 5 %, lo que permite formar directamente microlentes y redes en su superficie. Esta capacidad es valiosa para desarrollar guías de onda de gran campo de visión, utilizables en gafas de realidad aumentada e incluso lentes de contacto inteligentes.
La clave de este fenómeno radica en el índice de refracción, que mide la capacidad de un material para desviar la luz. Bajo el efecto de la luz, este índice puede cambiar. En el As₂S₃, el cambio es enorme (hasta 0,3), muy superior al de otros materiales conocidos. Este resultado se obtuvo con luz ultravioleta de baja intensidad, lo que hace el proceso muy accesible.
Estos descubrimientos podrían marcar un punto de inflexión en la fotónica. Como explica Valentyn Volkov, director tecnológico del XPANCEO Research Center, el descubrimiento de nuevos materiales funcionales es el motor de la innovación fotónica. Estos cristales naturales, de una sensibilidad excepcional, proporcionan los bloques básicos para una tecnología impulsada por la luz en lugar de por la electricidad.
Refringencia y fotorrefractividad
El índice de refracción es una propiedad fundamental de los materiales ópticos: determina la velocidad de la luz en el medio y la desviación de los rayos luminosos. Cuanto mayor es este índice, más se ralentiza y desvía la luz. En algunos materiales, la propia luz puede modificar ese índice: es el efecto fotorrefractivo. Este efecto se utiliza para crear hologramas o dispositivos de almacenamiento óptico.
El trisulfuro de arsénico (As₂S₃) presenta un efecto fotorrefractivo gigante: su índice puede cambiar hasta 0,3 bajo exposición a la luz ultravioleta. Es diez veces más que los materiales fotorrefractivos clásicos como el niobato de litio. Tal amplitud permite grabar motivos muy contrastados con una simple luz continua, sin costosos láseres pulsados.
Este descubrimiento abre vías para el diseño de componentes ópticos. Al modificar localmente el índice de refracción, se pueden crear guías de onda, redes de difracción o lentes directamente en el material. Las aplicaciones van desde las telecomunicaciones hasta los sensores, pasando por la realidad aumentada.