Los cristales fotónicos son estructuras tridimensionales ordenadas en las que se puede manipular la dirección la luz, así como en los semiconductores pueden manipularse el flujo de los electrones. La periodicidad en el retículo (red tridimensional) de los cristales fotónicos es del orden de la longitud de onda de la luz visible (en un cristal iónico formado por átomos, esta periodicidad es del orden de la longitud de onda de los rayos X, de ahí la importancia de utilizar la difracción de rayos X para identificar la estructura cristalina).
En el estudio de los cristales fotónicos, el objetivo es lograr que interactúen con la luz de una manera suficientemente fuerte como para que se forme un band gap fotónico, un rango de colores que están prohibidos para propagarse en cualquier dirección. El band gap se origina de un desorden en el material, porque el desorden conduce a estados localizados que efectivamente atrapan a la luz. El control del band gap permite a los científicos aprovechar los haces de luz y maniobrarlos alrededor de chips ópticos.
Para obtener esta información, es útil conocer la distribución del campo electromagnético en el interior del cristal. Hasta ahora sólo se contaba con métodos superficiales de estudio, pero superficial no es suficiente.
Científicos holadenses de la Universidad de Twente lograron, recientemente, mapear la fuerza absoluta de cada componente individual del campo en el interior del cristal, o sea, pueden ver el campo en el interior, con un experimento muy simple. Colocaron un cristal fotónico en una cavidad entre dos espejos de aluminio, dentro de la cual la luz rebota en los espejos. Como la luz es una onda, sólo las longitudes de onda que encajen perfectamente en el largo de la cavidad tendrán interferencia constructiva, es decir, sólo un color puede existir dentro de la cavidad.
Luego de medir ese color resonante (que es de una dada frecuencia), investigaron cómo la frecuencia se altera si bajan una cuenta o perlita de 2 mm, colgando de un hilo de nylon, dentro del cristal. La cuenta difracta las ondas electromagnéticas cercanas, cambiando la frecuencia de una manera proporcional a la intensidad de la luz en ese punto. Ahora mueven la cuenta de lugar y voilá, un mapa de fuerza del campo electromagnético en todo el interior del metal se consigue.
El experimento se ve claramente en la siguiente imagen: la frecuencia natural (primer dibujo) dentro de la cavidad es tal que la luz resonante es de color azul. Colocando la cuenta en uno de los puntos del interior (segundo dibujo), la frecuencia cambia y la luz es verde. Cambiándola ahora a otro punto (tercer dibujo), la frecuencia se corre aún más, y la luz se vuelve roja. Aplicando la propiedad mencionada del cambio de frencuencia, se encuentra la distribución buscada.
Si bien el campo magnético en el interior del cristal tiene seis componentes, cada una de ellas puede ser medida cambiando las propiedades de forma, tamaño y orientación de la cuenta, tal que una sola de las componentes contribuya al corrimiento de frecuencia.
Las aplicaciones futuras de estos materiales son poderosísimas, dado que las comunicaciones en circuitos podrían ocurrir, literalmente, a la velocidad de la luz. Esto también produciría un gran ahorro energético. Si bien estos fenómenos están comenzando a comprenderse, no cabe dudas que la fotónica y la acústica en las nanoescalas son parte del futuro tecnológicos que podemos comenzar a vislumbrar a través de los desarrollos de la ciencia básica más novedosos.
Fuente: http://phys.org/news/2012-10-glimpse-photonic-crystal.html
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