En un cable o en una fibra, una onda es una onda

En todo el mundo, los estudiantes aprenden sobre la naturaleza de onda de la luz mediante los patrones de interferencia del “experimento de la doble rendija de Young”, realizado por primera vez hace más de 200 años y aún considerado entre como uno de los experimentos físicos más hermosos. Usando un experimento análogo, investigadores de Brown y Stanford han demostrado que un simple modelo analítico puede describir la naturaleza de onda de los polaritones de plasmones de superficie. Su trabajo sugiere que estos dispositivos plasmonicos no pueden sortean fácilmente las limitaciones de las ondas electromagnéticas.

Patrones elocuentes
La intensidad medida de las ondas de los polaritones guiados en la izquierda de la imagen deja un patrón de difracción similar a los vistos en los experimentos clásicos de óptica de hace 200 años. La imagen de la derecha es una simulación numérica basada en los resultados de un marco de trabajo analítico propuesto en un patrón casi idéntico.
Imagen: Freedom-2

En un experimento modelado sobre el clásico “experimento de la doble rendija de Young” y publicado en la revista Nature Nanotechnology, los investigadores han reforzado mucho la comprensión de que los polaritones de plasmones de superficie (SPPs) se propagan y difractan igual que cualquier otra onda. La demostración recuerda a los diseñadores electrónicos e investigadores que aunque los SPPs se mueven a lo largo de una superficie metálica, en lugar de en un cable o una fibra óptica, no pueden superar mágicamente las limitaciones de tamaño de la óptica convencional.

Anunciado como la nueva era en la miniaturización electrónica, la plasmónica describe el movimiento de los SPPs – un tipo de onda electromagnética que está unida a la superficie de un material a través de interacción con los electrones de la superficie. La tecnología emergente podría proporcionar un puente entre la electrónica a nanoescala y la fotónica. Los dispositivos electrónicos convencionales, en los que cables metálicos portan señales eléctricas, pueden fabricarse a nanoescalas pero se sufre un gran retraso. Los dispositivos fotónicos – o fibra óptica – transmiten señales a la velocidad de la luz pero no pueden miniaturizarse por debajo de un límite impuesto por la longitud de onda de la luz que transportan.

Los dispositivos plasmónicos parecen combinar lo mejor de ambas tecnologías. Debido a que los SPPs son ondas electromagnéticas se mueven casi a la velocidad de la luz, pero debido a que se encuentran sobre la superficie de los cables, parece que podrían sortear el límite de difracción, el cual restringe el tamaño de la fibra óptica.

“Sabemos que aún son esencialmente ondas electromagnéticas y por tanto deben obedecer al límite de difracción”, dice Rashid Zia, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Brown. “La clave es definir un conjunto de soluciones de forma que sea análogo para otro sistema y de esta forma derivar tal límite”.

Zia y Mark Brongersma, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Stanford, se propusieron encontrar un experimento que pudiese probar los límites de la tecnología plasmónica y también arrojar luz sobre los principios que controlan este misterioso tipo de onda.

El experimento de la doble rendija de Young normalmente se realiza como demostración de la difracción óptica, aunque recientes variantes también han sido usadas para probar el comportamiento cuántico de los electrones, átomos e incluso moléculas.

En el experimento clásico de la doble rendija, los estudiantes iluminan una pantalla a través de una barrera opaca con dos rendijas en ella. Cuando se tapa una rendija, el patrón de luz es más brillante directamente frente a la rendija. Cuando la luz pasa a través de ambas rendijas, aparecen una serie de líneas de luz y oscuridad. La luz forma una línea brillante entre las rendijas, donde se refuerzan los picos de las ondas y un patrón distinto de líneas más oscuras dónde se cancelan entre sí los picos y los valles. Es una demostración elegante de la parte de onda de la naturaleza dual de la luz.

En su experimento, Zia y Brongersma generaron un SPP y lo pasaron a través de dos puentes estrechos de una película de oro sobre una placa de vidrio. Cuando las ondas salieron a una porción más amplia de la película de oro, se difractaron para crear patrones de interferencia análogos a los que se ven en el experimento de la doble rendija de Young. Usando un modelo analítico simple para el camino que siguen los SPPs a lo largo de las bandas de metal individuales, los investigadores predijeron los patrones de difracción que verían.

Dado que los SPPs no están en el espectro de la luz visible, no se muestran en una pantalla. Zia y Brongersma midieron con precisión el patrón de difracción usando un microscopio de efecto túnel de escaneo de fotones. El patrón que vieron se ajustaba muy bien a lo que predijeron con su propuesta de marco de trabajo, que está basado en una analogía de la óptica convencional.

El resultado de este experimento puede decepcionar a algunos investigadores que habían esperado que los SPPs que viajan a lo largo de las guías de ondas del metal podría permitirles diseñar un circuito para moverse sin fisuras desde la electrónica a la fotónica. En lugar de esto, Zia ve el desarrollo – y el reto – de una teoría exhaustiva como el primer paso hacia el desarrollo de estructuras únicamente apropiadas par el control del movimiento de los SPPs.
“Puedes acoplar bandar, puedes hacer rendijas, puedes hacer todo tipo de otras geometrías que podrían funcionar“, dijo Zia. ”Pero para ver ese potencial, tienes qie tener una teoría analítica clara y una forma de probarla”.

Becas del Departamento de Defensa/Oficina de las Fuerzas Aéreas de Investigación Científica y de la Fundación Nacional de Ciencia apoyaron esta investigación.


Autor: Martha Downs
Fecha Original: 13 de julio de 2007
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Comment (1)

  1. [...] En un cable o en una fibra, una onda es una ondawww.cienciakanija.com/2007/07/17/en-un-cable-o-en-una-fibra-… por mezvan hace pocos segundos [...]

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