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Las características observadas serían aplicables a la creación de microchips más eficientes, compactos y rápidos

Descubierta una forma de convertir la electricidad en luz usando grafeno

Desde que el grafeno llamara la atención de los investigadores por sus curiosas propiedades, se ha convertido es uno de los materiales más esperanzadores en muchos ámbitos de la ciencia. No es la panacea, pero sí algo que todavía es capaz de dar muchas sorpresas. La última podría repercutir definitivamente en la posibilidad de crear nuevos circuitos basados en luz, logrando así mantener (de alguna forma) la ley de Moore.

En el transcurso de unas investigaciones, científicos del MIT observaron algo muy curioso; cuando la luz incidía sobre una lámina de grafeno, su velocidad se reduce. Esta desaceleración de la luz al contactar con la lámina de grafeno daba lugar a un interesante fenómeno. Al reducirse la velocidad de los fotones al pasar a través de la hoja de grafeno, la velocidad se iba equiparando a la de los electrones conforme iban atravesando el material.

Según explica Ido Kaminer, principal investigador de este proyecto, “el grafeno tiene la capacidad de atrapar la luz al modo de lo que se conoce como pasmones de superficie“. Al hablar de plasmones se hace referencia a un tipo de partícula virtual de plasma que representa las oscilaciones de los electrones en la superficie. Un plasmón de superficie es, entonces, los que están en la superficie, y que da lugar a una tercera partícula (el polaritón de plasma) cuando interactúa con un fotón. Kaminer señala que la velocidad de los plasmones de grafenos es varios cientos de veces más lenta que la de la luz, por lo tanto, es a esa velocidad a la que se reduce aproximadamente la de los fotones que lo atraviesan.

Este curioso efecto del grafeno y la luz se complementa con otra característica excepcional del grafeno, y es que los electrones pasan a través de él a velocidades muy altas, aproximadamente 1/300 de la velocidad de la luz en el vacío, lo que hace que ambas velocidades sean tan similares que existe la posibilidad de que ambas partículas interaccionen entre sí. De esta forma se puede ralentizar la velocidad de la luz pero permitir que los electrones se muevan a gran velocidad.

Ahora bien, ¿qué implicaciones tiene este efecto? Si se logra sintonizar el material para igualar las velocidades, sería posible usar el grafeno para hacer justo lo contrario, producir luz en lugar de atraparla, gracias principalmente a que la velocidad de los electrones podría aproximarse a la velocidad de la luz en el grafeno. Para entenderlo mejor pensemos en la barrera del sonido. Cuando un avión es más rápido que la velocidad del sonido se crea una onda de choque, una concentración potente de sonido que crea ese “boom” tan característico de los aviones supersónicos. En el caso del grafeno, la aproximación de las velocidades (en este caso sobre la barrera de la luz) produciría también una onda de choque de luz, que quedaría atrapada en las dos dimensiones del elemento.

Obtener luz a partir de la electricidad no es ninguna novedad. Todos conocemos las bombillas y visto así no parece que este hallazgo pueda aportar nada innovador. Pero no es en iluminar casas o ciudades en lo que están fijando sus ojos los científicos, sino en el mundo de la electrónica, donde las características observadas serían aplicables a la creación de microchips más eficientes, compactos y rápidos basados en los plasmones. De esto, evidentemente, se derivarían dispositivos más eficientes, compactos y rápidos.

Kaminer explica que a la hora de hacer que las señales que procesan los chips sean más veloces hay que trabajar a escalas muy pequeñas, lo cual llega un momento en que se convierte en un problema. Lo físico tiene unos límites, especialmente en la aplicación de los efectos del electromagnetismo, sin embargo, al usar flujos de luz en lugar de flujos de electrones se abre una vía realmente importante tanto para acrecentar la velocidad y reducir el tamaño como para desarrollar las capacidades de almacenamiento de datos. Los científicos hablan de que esas velocidades (usando fotones) serían del orden de hasta un millón de veces más rápidas.

Es momento de poner algo de freno al entusiasmo producido por este descubrimiento y su posible aplicación en el desarrollo de microchips, y es que mientras que los electrones quedan limitados y contenidos por los cables, la luz tiende a extenderse. Los científicos creen, sin embargo, que en las condiciones adecuadas la capa de grafeno serviría de contención para difusión de la luz, y que estamos, muy posiblemente ante un concepto capaz de resolver el problema de la transmisión y almacenamiento de datos de alta eficiencia.

Fuente: MIT

Imagen: Wikimedia Commons

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