{"id":10178,"date":"2023-07-03T12:00:35","date_gmt":"2023-07-03T12:00:35","guid":{"rendered":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/?p=10178"},"modified":"2023-07-02T04:02:31","modified_gmt":"2023-07-02T04:02:31","slug":"experimentan-con-un-nuevo-tipo-de-material-donde-la-luz-y-el-sonido-se-acoplan-al-mismo-ritmo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/experimentan-con-un-nuevo-tipo-de-material-donde-la-luz-y-el-sonido-se-acoplan-al-mismo-ritmo\/","title":{"rendered":"Experimentan con un nuevo tipo de material donde la luz y el sonido se acoplan al mismo \u201critmo\u201d"},"content":{"rendered":"

El hallazgo de especialistas del CONICET y colegas de Alemania podr\u00eda tener potenciales implicancias en el campo de las tecnolog\u00edas cu\u00e1nticas.<\/strong><\/span><\/p>\n

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A partir de una red de nanol\u00e1seres acoplados, especialistas del CONICET y colegas de Alemania reportaron un novedoso comportamiento en un metamaterial de fluidos de luz y sonido. Descubrieron que las nanoestructuras estudiadas se comportan con patrones \u201ctemporales\u201d al fijar sus frecuencias de emisi\u00f3n de luz de forma peri\u00f3dica en una diferencia constante.<\/p>\n

Los resultados del trabajo, que fueron reportados en la revista Nature Communications<\/em>, ayudar\u00e1n a comprender mejor y a manipular el fen\u00f3meno de acoplamiento de se\u00f1ales de luz y sonido a escalas diminutas. Esto podr\u00eda tener un impacto en el desarrollo de tecnolog\u00edas cu\u00e1nticas y las comunicaciones, como por ejemplo en la transducci\u00f3n de se\u00f1ales de microondas a luz.<\/p>\n

El estudio fue realizado por docentes e investigadores del CONICET, del Instituto Balseiro y del Centro At\u00f3mico Bariloche, la Comisi\u00f3n Nacional de Energ\u00eda At\u00f3mica (CNEA) y el Paul-Drude-Institut de Alemania.<\/p>\n

Los experimentos se basan en la arquitectura de una red de nanocavidades o \u201ctrampas\u201d optomec\u00e1nicas, que son estructuras fabricadas con semiconductores que funcionan como espejos diminutos. As\u00ed se genera, a partir del est\u00edmulo de un l\u00e1ser externo, una mezcla de luz y electrones en los tambi\u00e9n llamados \u201cresonadores\u201d o \u201cosciladores\u201d polaromec\u00e1nicos.<\/p>\n

Ese combinado de fotones -la luz- y electrones es un fen\u00f3meno f\u00edsico llamado \u201ccondensado de polaritones\u201d,\u00a0o tambi\u00e9n llamado \u201cfluido de luz\u201d. Este genera de manera espont\u00e1nea fonones, es decir, vibraciones mec\u00e1nicas de los espejos (sonido), que altera al sistema y por lo tanto a la luz dentro de ella (que gener\u00f3 espont\u00e1neamente al sonido), siendo un proceso donde se afectan mutuamente. En esa \u201cdanza\u201d entre luz y sonido de la red de nanolaseres, los f\u00edsicos hallaron un patr\u00f3n.<\/p>\n

\u00bfC\u00f3mo midieron esas frecuencias y sus diferencias? Analizaron la luz emitida como producto de la interacci\u00f3n en estos nuevos materiales entre fotones (luz), electrones y fonones (sonido). Para tener una dimensi\u00f3n: un hercio (Hz) corresponde a una repetici\u00f3n\u00a0por segundo de un fen\u00f3meno dado, mientras que un gigahercio es igual a mil millones de hercios. En las nuevas redes de comunicaciones con celulares 5G, se transmite informaci\u00f3n de unos pocos gigahercios a una veintena de gigahercios.<\/p>\n

\u201cEs esa diferencia de frecuencia de la luz, del campo electromagn\u00e9tico, lo que se fija espont\u00e1neamente en diferencias que coinciden con cantidades enteras de la frecuencia del sonido\u201d, coment\u00f3 Alejandro Fainstein, uno de los autores del estudio, investigador del CONICET en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnolog\u00eda (INN, CONICET-CNEA) y egresado y docente del Instituto Balseiro (IB), instituci\u00f3n dependiente de la CNEA y de la Universidad Nacional de Cuyo.<\/p>\n

En los experimentos reportados en el reciente trabajo, el patr\u00f3n temporal encontrado -la repetici\u00f3n en varios experimentos que sorprendi\u00f3 al equipo- es ese\u00a0\u201clockeo de frecuencia\u201d. Ocurre debido a que el fluido de luz y sonido se comunica entre cavidades, donde hay absorci\u00f3n y p\u00e9rdida de energ\u00eda, pero que resulta en un patr\u00f3n de diferencias constantes entre las frecuencias\u00a0emitidas de la luz. Esas diferencias corresponden justamente a la frecuencia del sonido o m\u00faltiplos enteros de la misma.<\/p>\n

\u201cLos resonadores o nanotrampas se comunican, y la frecuencia se bloquea a una diferencia constante\u201d, sintetiz\u00f3 Axel Bruchhaussen, investigador del CONICET en el INN y en el IB.<\/p>\n

\u201cAl igual que en un cristal se observa un patr\u00f3n o una periodicidad espacial, una repetici\u00f3n en c\u00f3mo se organiza la estructura de las mol\u00e9culas, en nuestros experimentos observamos un patr\u00f3n una periodicidad temporal en la luz emitida originada en esa diferencia de frecuencias en las vibraciones mec\u00e1nicas resultantes de este combinado de fotones, electrones y fonones, o sea, de luz y sonido\u201d, coment\u00f3 Bruchhaussen.<\/p>\n

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Andr\u00e9s Reynoso (izq.), Ignacio Papuccio, Alejandro Fainstein y Axel Bruchhausen en el Laboratorio de Fot\u00f3nica y Optomec\u00e1nica en Bariloche. Cr\u00e9dito foto: Marion Prieto<\/span><\/p><\/div>\n

Dimitri Chafatinos, primer autor del estudio y becario doctoral del CONICET en el INN y en el IB, dijo desde Berl\u00edn, donde ahora realiza una estad\u00eda de investigaci\u00f3n en el Paul-Drude-Institut, que todo el trabajo fue un desaf\u00edo. Y agreg\u00f3: \u201cFue emocionante el proceso que viv\u00ed. El inicio, ir a buscar algo y no saber qu\u00e9 es. El sistema en s\u00ed es muy rico f\u00edsicamente, hay mucho por explorar, muchas preguntas por responder y mucho m\u00e1s a\u00fan por indagar\u201d.<\/p>\n

Miradas desde Francia<\/strong><\/p>\n

Dos cient\u00edficos que no participaron en la investigaci\u00f3n comentaron, desde Francia, los aportes del nuevo trabajo liderado por Fainstein.<\/p>\n

Alejandro Giacomotti,\u00a0director de investigaci\u00f3n del CNRS en el Laboratoire Photonique, Num\u00e9rique et Nanosciences (LP2N) del Instituto de \u00d3ptica de Bordeaux, destac\u00f3 que estos nanol\u00e1seres -tambi\u00e9n llamados \u201cosciladores lineales \u2013 no se sincronizan a una misma frecuencia, sino que lo hacen con una diferencia de frecuencia que corresponde a un n\u00famero entero de la energ\u00eda del fon\u00f3n, que es de 20 GHz de forma mediada por los fonones. \u201cAs\u00ed, se demuestra una funcionalidad \u00fanica de estas redes de estado s\u00f3lido: el control coherente ultra-r\u00e1pido, abriendo una puerta interesante a la preparaci\u00f3n de estados cu\u00e1nticos v\u00eda las llamadas transiciones de Landau-Zener-Stuckelberg\u201d, coment\u00f3 el f\u00edsico.<\/p>\n

Por su parte, Ariel Levenson, presidente de la Soci\u00e9t\u00e9 Fran\u00e7aise d\u2019Optique, y que tampoco particip\u00f3 en esta investigaci\u00f3n, explic\u00f3 que los fotones, part\u00edculas elementales de luz, los electrones, portadores de electricidad, y los fonones, que transportan el sonido, son omnipresentes pero rara vez pueden colaborar. El trabajo \u201cdemuestra un avance suplementario al coordinar la interacci\u00f3n fot\u00f3n-electr\u00f3n-fon\u00f3n\u201d, agreg\u00f3 Levenson. Y destac\u00f3 que manipular de manera eficaz una interacci\u00f3n podr\u00eda abrir la posibilidad de \u201cuna nueva ingenier\u00eda de interacci\u00f3n luz-materia con aplicaci\u00f3n potencial al procesamiento avanzado de informaci\u00f3n, tanto en r\u00e9gimen cl\u00e1sico como cu\u00e1ntico\u201d.<\/p>\n

\u00bfCu\u00e1les ser\u00e1n los pr\u00f3ximos pasos? Seg\u00fan destacaron los investigadores, hay propuestas te\u00f3ricas de que un sistema como el estudiado podr\u00eda propagar luz entre los l\u00e1seres \u201cde manera no rec\u00edproca\u201d. En palabras simples, esto permitir\u00eda que la luz viaje para la derecha, por ejemplo, pero no para la izquierda. Tambi\u00e9n hay propuestas de usar estas redes complejas como \u201csimuladores cu\u00e1nticos\u201d. Habr\u00e1 que ver qu\u00e9 nuevas aplicaciones se generan a partir de este nuevo concepto de metamaterial de fluidos de luz y sonido, indicaron.<\/p>\n

Autora: Laura Garc\u00eda Oviedo \/ Comunicaci\u00f3n y Prensa del Instituto Balseiro<\/span><\/p>\n

Fuente: CONICET<\/span><\/p>\n

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