Por: Sujeong Byun, Sejeong Kim, Jaegang Jo y Haejun Chung
Imagina un remolino girando en un río o un tornado surcando el cielo. No giran en un solo punto, sino que avanzan manteniendo ese movimiento espiral en su interior. Estos movimientos giratorios, llamados vórtices, son espirales potentes y organizadas. Ahora, imagina la luz con el mismo comportamiento: un haz de luz que gira al avanzar. Esta luz “retorcida”, conocida como vórtice óptico, puede transportar más información que la luz normal, abriendo la puerta a un internet más rápido y comunicaciones ultraseguras. Se pueden crear vórtices ópticos al pasar un haz de luz a través de un material especial que obliga al haz a comenzar a girar.
Los generadores de vórtices ópticos actuales se basan en técnicas de fabricación costosas y complejas o en cristales voluminosos. Pero nuestro equipo ha descubierto una forma nueva y sencilla de generar esta luz retorcida utilizando materiales económicos y ultrafinos.
Llamados materiales de van der Waals (vdW), están compuestos de capas que se adhieren entre sí mediante la llamada fuerza de van der Waals, la fuerza intermolecular que permite a las arañas caminar por el techo sin caerse. Esta fuerza es lo suficientemente fuerte como para mantener unidas las capas, pero lo suficientemente débil como para que puedan separarse y reconfigurarse fácilmente.
Nuestro método, publicado en Light: Science & Applications, funciona sin necesidad de nanofabricación. En su lugar, aprovechamos las propiedades ópticas naturales de estos materiales de vdW para modificar la forma de la luz al atravesarlos. Funciona a escalas más delgadas que un cabello humano.
Descubrimos que cuando la luz polarizada circularmente, un tipo de luz en la que todos los fotones giran en la misma dirección, entra en estos delgados cristales de vdW, la dirección de su giro cambia y adquiere un giro en espiral que la transforma en un vórtice óptico. Esta torsión se produce porque los materiales vdW ralentizan la luz de diferentes maneras, dependiendo de cómo entra, una propiedad conocida como birrefringencia.
Se puede pensar en ello como si fuera la luz que entra en un espejo de feria: partes del haz se doblan o se estiran de manera diferente y el resultado es un haz de luz retorcido en forma de rosquilla.
Demostramos esto utilizando dos materiales vdW comunes: nitruro de boro hexagonal (hBN) y disulfuro de molibdeno (MoS₂).
Aplicamos rayos láser a través de los materiales de cada uno y medimos la torsión de la luz. Incluso con muestras de tan solo 8 micrómetros (para hBN) o 320 nanómetros (para MoS₂) de espesor, logramos generar haces de vórtices ópticos bien definidos. Esto es importante porque demuestra que este método funciona a escalas extremadamente pequeñas. Además, funciona eficientemente, convirtiendo casi la mitad de la luz entrante en haces retorcidos. Además, hemos realizado simulaciones por computadora que sugieren que podríamos aumentar aún más la eficiencia modificando la forma del haz de luz antes de que entre en el material.
Entonces, ¿por qué esto es importante fuera del laboratorio?
Este rayo retorcido podría ser el futuro de las comunicaciones de alta velocidad. Gracias a su estructura espiral, los vórtices ópticos ofrecen una dimensión adicional para la codificación de la información. Considéralos como la construcción de carriles adicionales en una autopista de datos para que más información pueda viajar simultáneamente.
Nuestro método abre la puerta a dispositivos ópticos más pequeños, más baratos y más escalables que podrían integrarse en futuros sistemas de comunicación, incluidos los satélites. Para llevar esta tecnología al mundo real, estamos trabajando para mejorar la eficiencia de conversión, hacer que el sistema sea compatible con las tecnologías de comunicación existentes y explorar cómo integrarlo en sistemas ópticos más grandes.
Este artículo es una traducción de otro publicado en Phys.org. Puedes leer el texto original haciendo clic aquí.
