Construyendo nuevos materiales con luz

Desde la década de 1970, los físicos han usado rayos láser para atrapar y estudiar objetos pequeños, a partir de las células hacia abajo a los átomos individuales. Más recientemente, los investigadores han desarrollado sistemas de Multilaser que pueden manipular muchas partículas a la vez. Pero estos sistemas son grandes y complejos, por lo que tienen aplicaciones limitadas.

Ahora, los científicos han desarrollado un sistema simple que utiliza un único haz de láser para dirigir cientos de partículas de una sola vez de montar en estructuras bidimensionales. Esta trampa óptica compacta con el tiempo podría ayudar a los investigadores hacen de materiales para nuevos tipos de sensores, dispositivos ópticos y los filtros químicos.

En las trampas ópticas, un haz de luz concentrado pone una fuerza sobre las partículas, haciendo que se muevan hacia la parte más intensa del haz. Los sistemas actuales que pueden manipular muchas partículas a la vez lo hacen mediante la generación de campos de luz complejas utilizando configuraciones de espacio acaparando con muchos objetivos.

Michelle Povinelli , una ingeniero eléctrico en la Universidad del Sur de California , quería desarrollar un sistema simple para la generación de estos campos de luz complejas. Ella imaginó que era lo suficientemente pequeño como para caber en un chip. De esta manera, los investigadores podrían integrar fácilmente las trampas en dispositivos como circuitos fotónicos o sensores químicos, haciéndolos más susceptibles a las aplicaciones.

Trampa óptica de Povinelli utiliza una placa modelada de silicio llamado un cristal fotónico. Ella y sus colaboradores grabado en el cristal de una matriz regular de agujeros 300 nm de diámetro, espaciados 860 nm una de otra. Se sumergieron en la losa de una suspensión de partículas de poliestireno de 520 nm de diámetro y que iluminan desde abajo con un láser.Las partículas que flotan sobre el cristal y luego se trasladó a los agujeros, formando una red cristalina cuadrada de 13 m en cada lado.

Los agujeros en el silicio interactúan con la luz láser para crear un campo de luz intensa sobre la losa. Este campo contiene las partículas en la celosía. Con el dispositivo actual, las partículas tardan aproximadamente una hora de montar debido a que deben ir a la deriva muy cerca de la losa. "Una vez que obtener más de un agujero-boom-son tirado, pero primero las partículas tienen que vagar por casualidad", dice Povinelli.

Ella planea acelerar el proceso de montaje mediante el bombeo de una corriente más concentrada de las partículas sobre la trampa. La trampa óptica también debería funcionar con otros tipos de materiales, tales como los semiconductores y los metales, dice Povinelli.

Paul V. Braun , un científico de materiales en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign , dice que en comparación con otras trampas ópticas, el dispositivo USC ofrece simplicidad y fácil integración con otros dispositivos. Sin embargo, los sistemas existentes pueden contener partículas en diferentes configuraciones, mientras que el cristal fotónico les obliga a permanecer en un patrón fijo dictada por el patrón de agujeros. Así que los dispositivos son fáciles de hacer, pero no son tan flexibles como las trampas ópticas actuales, dice.

Povinelli dice que ahora está funcionando como diseñar cristales fotónicos que pueden cambiar las partículas entre diferentes configuraciones cuando se cambia la longitud de onda de la luz láser.