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Los llamados "nanoláseres" tienen una enorme variedad de usos médicos, quirúrgicos, industriales y militares, que abarcan desde la depilación hasta las impresoras láser y la vigilancia nocturna.
Según el investigador principal, el profesor Yuri Kivshar, los nanoláseres desarrollados por su equipo prometen ser aún más potentes que los láseres actuales, lo que les permitirá ser útiles en dispositivos de menor tamaño.
"Además, pueden integrarse en un chip", explica.
"Por ejemplo, pueden montarse directamente en la punta de una fibra óptica para iluminar u operar en un punto concreto dentro del cuerpo humano".
"Esta tecnología utiliza la luz láser en lugar de la electrónica, un enfoque llamado fotónica. Es emocionante ver cómo esto puede hacerse realidad en dispositivos prácticos cotidianos, como los teléfonos móviles".
El equipo del profesor Kivshar utilizó un ingenioso truco para modificar los láseres convencionales, que tradicionalmente comprenden algún tipo de dispositivo de amplificación de la luz colocado entre dos espejos. A medida que la luz rebota entre los dos espejos, se vuelve más y más brillante.
En lugar de espejos, el equipo de investigación creó un dispositivo que funciona como unos auriculares con cancelación de ruido "de dentro a fuera" y que atrapa la energía e impide que se escape. La energía luminosa atrapada se acumula en un láser fuerte y bien formado.
Este truco supera un reto bien conocido de los nanoláseres: la fuga de energía.
Para fabricar el láser, el equipo colaboró con el profesor Hong-Gyu Park y su grupo de la Universidad de Corea.
Los investigadores afirman que la eficacia del dispositivo fue alta -sólo se necesitó una pequeña cantidad de energía para que el láser empezara a brillar-, con un umbral unas 50 veces menor que el de cualquier nanoláser y haz estrecho descrito anteriormente.
El profesor Kivshar dijo que el nuevo láser se basa en un descubrimiento de la mecánica cuántica realizado hace casi 100 años.
"Esta solución matemática fue publicada por Wigner y von Neumann en 1929, en un artículo que pareció muy extraño en su momento: no se explicó durante muchos años", dijo el profesor Kivshar.
"Ahora este descubrimiento de hace 100 años está impulsando la tecnología del mañana".
Fuentes, créditos y referencias:
Min-Soo Hwang et al, Ultralow-threshold laser using super-bound states in the continuum, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24502-0
Imágen: Fusión de BICs en la estructura de tamaño finito. a Distribución de campo de Hz calculada a = 573 nm en el dominio de tamaño finito con N = 15. N es el número de agujeros de aire a lo largo de la dirección vertical (u horizontal). N es el número de agujeros de aire a lo largo de la dirección vertical (u horizontal). b Distribuciones de carga topológica en FT(Hz) antes de la fusión (izquierda), antes de la fusión (centro) y en la fusión (derecha). FT indica la transformación espacial de Fourier. El círculo blanco de 7° indica el primer mínimo de campo. c Ilustraciones esquemáticas de la pérdida radiativa en los tres casos correspondientes a b. d Factor de radiación calculado, definido como |FT(Hz)/Q | , para a = 568, 573, 576 y 578 nm. La mayor zona oscura se obtiene en la pre-fusión de a = 573 nm. e Los valores del factor de radiación inverso trazados en función de la constante de red para N = 15 (negro) y N = 21 (púrpura). La línea roja vertical discontinua indica el punto de fusión en el dominio de tamaño infinito. f Factor Q radiativo para N = 15 en función de la constante de red, calculado por la simulación FDTD. Crédito: DOI: 10.1038/s41467-021-24502-0