La revista Science ha elegido, dentro de su sección Editor’s choice, uno de los trabajos científicos desarrollados por el grupo de Nanofótonica del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA), centro mixto perteneciente a la Universidad de Zaragoza y al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Este trabajo reseñado ha sido dirigido por Luis Martín Moreno y se centra en buscar la miniaturización de dispositivos ópticos con la idea de poder hacer sistemas más compactos, eficientes desde el punto de vista energético y por otro lado, muchísimo más rápidos, ya que se pretende sustituir la corriente de electrones por luz.
La revista Science ha elegido, dentro de su sección Editor’s choice, uno de los trabajos científicos desarrollados por el grupo de Nanofótonica del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA), centro mixto perteneciente a la Universidad de Zaragoza y al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
El artículo reseñado en Science en su número correspondiente al 30 de Enero se publicó en la revista Applied Physics Letters, y está firmado por Sol Carretero-Palacios, Sergio G. Rodrigo y Luis Martin-Moreno. Es sin duda una prestigiosa reseña, ya que le revista Science típicamente elige semanalmente solo 3 ó 4 trabajos por número, de entre todos los trabajos científicos de todas las ramas y todos los países.
El grupo de Nanofotónica, dirigido por el profesor de investigación del CSIC Luis Martín-Moreno, está ubicado en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza, más en concreto, en el Departamento de Física de la Materia Condensada. Este grupo mantiene colaboraciones con grupos experimentales de países como Reino Unido, Francia, Dinamarca, Alemania, Austria y Korea, y con el grupo teórico de Nanofotónica de la Universidad Autónoma de Madrid dirigido por Francisco García-Vidal.
No es la primera vez que esta publicación científica de prestigio mundial recoge una reseña a un trabajo del equipo científico dirigido por Luis Martín-Moreno. El grupo de Nanofotónica ha publicado también varios artículos en otras revistas de gran impacto como Nature Physics, Nature Photonics y Physical Review Letters, además de Science. Este equipo aragonés centra sus líneas de investigación en el estudio de los fenómenos físicos relacionados con la interacción de la luz con materiales (metales, vidrios, …) estructurados, cuyas dimensiones típicas van desde unas decenas de nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro), hasta la escala milimétrica.
Miniaturización de dispositivos ópticos
El trabajo reseñado en Science se centra en una de las líneas de investigación de este equipo, que se viene desarrollando en Zaragoza desde hace aproximadamente 10 años. Esta línea busca la miniaturización de dispositivos ópticos con la idea de poder hacer sistemas más compactos, eficientes desde el punto de vista energético y por otro lado, muchísimo más rápidos, ya que se pretende sustituir la corriente de electrones por luz. Mediante diversas técnicas teóricas, por ejemplo con simulaciones numéricas por ordenador, se investiga además en el desarrollado de diodos emisores de luz eficientes, antenas ópticas y detectores.
Existen esencialmente dos propuestas para conseguir circuitos más compactos, eficientes y rápidos: la de reducir el tamaño de los circuitos eléctrónicos convencionales, o sustituir la corriente eléctrica por luz para transmitir información. “En el primer enfoque, la frecuencia a la que podemos trabajar se enfrenta a un límite superior fundamental de varias decenas de Gigaherzios debido a las propiedades requeridas por los materiales para el diseño de estos dispositivos electrónicos”, explica la revista Science. Pero la luz común, aunque sería una opción que ofrecería mejores prestaciones, tiene la desventaja de ser difícil de confinar y controlar en un “teórico” circuito de luz, debido al límite de difracción.
Sin embargo, el campo electromagnético inducido por excitaciones electrónicas cerca de la superficie de contacto entre un metal y un dieléctrico, conocido como Plasmón de Superficie, permite confinar la luz en regiones cercanas al metal, de hecho, en apenas unos cientos de nanómetros respecto la superficie del metal. Los Plasmones de Superficie ofrecen la posibilidad de máxima velocidad y menor tamaño. Sin embargo, como indica la revista Science en su reseña, “excitar plasmones es normalmente un fenómeno resonante, lo que implica que solo un tipo de plasmón puede ser excitado a una longitud de onda determinada”.
Precisamente, el grupo del ICMA, en colaboración con grupos de investigación de la Universidad de Bath, Imperial College de Londres (Reino Unido) y la Universidad Autónoma de Madrid han presentado en el articulo reseñado “una técnica basada en el diseño de una red de agujeros anulares corrugada en una superficie de cobre que permite que en el régimen de los Teraherzios, dos Plasmones fuertemente confinados a la superficie del metal se propaguen independientemente, proporcionando grandes posibilidades en muchas aplicaciones como: detección de sustancias tanto químicas como biológicas, rastreos de seguridad y comunicaciones”.
Aplicaciones en detección de sustancias químicas
La línea que apunta Science en relación a la detección de sustancias químicas es realmente muy interesante. Muchos compuestos, tanto orgánicos como inorgánicos, se pueden detectar si se les ilumina con radiación en el rango de los terahercios. Esto es debido a que, a ciertas frecuencias en ese rango, los enlaces entre átomos o moléculas absorben fuertemente la energía de la radiación con la que son iluminados.
El espectro de absorción de un material es característico del mismo, algo así como su “huella dactilar”. El sistema propuesto en el grupo de Nanofotónica del ICMA permite confinar simultaneamente la radiación de dos frecuencias diferentes cerca de la superficie del metal. Esto permite crear superficies que “sintonizan” con dos frecuencias de absorción características de un determinada sustancia, favoreciendo la discriminación con la posible absorción de otras moléculas. Además, el diseño propuesto amplifica el campo electromagnético cerca de la superficie metálica, permitiendo la detección de muy pequeñas cantidades de la sustancia con la que se ha sintonizado.
Otro motivo que ha despertado el interés por la radiación de terahercios es que esta radiación es no nociva, y además, se ve fuertemente absorbida por las moléculas de agua. Esto, combinado con que muchos tejidos y plásticos son prácticamente transparentes a la radiación de terahercios, permite el uso de esta radiación para generar imágenes por contraste que podrían utilizarse, entre otros ambitos, en seguridad y medicina. La revista Science destaca que la propuesta del grupo de Nanofotónica del ICMA puede originar un avance significativo también en estas aplicaciones.
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