Innovador metamaterial usa la luz para controlar su movimiento

El dispositivo, que fue fabricado usando un metamaterial plasmomecánico, opera a través de un mecanismo único que empareja sus resonancias ópticas y mecánicas, lo que le permite oscilar indefinidamente utilizando energía absorbida de la luz.

 Investigadores de la Universidad de California en San Diego han diseñado un dispositivo que utiliza la luz para manipular sus propiedades mecánicas.

   El dispositivo, que fue fabricado usando un metamaterial plasmomecánico, opera a través de un mecanismo único que empareja sus resonancias ópticas y mecánicas, lo que le permite oscilar indefinidamente utilizando energía absorbida de la luz.

   Este trabajo demuestra un enfoque basado en el metamaterial para desarrollar un oscilador mecánico impulsado ópticamente. El dispositivo puede utilizarse potencialmente como una nueva referencia de frecuencia para mantener con precisión el tiempo del GPS, ordenadores, relojes de pulsera y otros dispositivos, explican los investigadores.

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   Otras aplicaciones potenciales que podrían derivarse de dicha plataforma basada en metamateriales incluyen sensores de alta precisión y transductores cuánticos. La investigación fue publicada el 10 de octubre en la revista Nature Photonics.

   Los investigadores diseñaron el dispositivo basado en metamaterial mediante la integración de pequeñas nanoantenas absorbentes de luz nanoantenas en osciladores nanomecánicos. El estudio fue dirigido por Ertugrul Cubukcu, profesor de nanoingeniería e ingeniería eléctrica en la Universidad de California en San Diego, y demuestra cómo eficientes interacciones luz-materia se pueden utilizar para aplicaciones en nuevos dispositivos a nanoescala.

   El dispositivo en este estudio se asemeja a un pequeño condensador –aproximadamente de una pequeña moneda– que consta de dos placas cuadradas de 500 micras por 500 micras. La placa superior es una membrana de nitruro de oro/silicio bicapa que contiene una serie de ranuras en forma de cruz –las nanoantenas– grabadas en la capa de oro. La placa inferior es un reflector de metal que está separada de la bicapa de nitruro de oro/silicio por un espacio de aire de tres micras de ancho.

   Cuando la luz brilla sobre el dispositivo, las nanoantenas absorben toda la radiación entrante de la luz y convierten esa energía óptica en calor. En respuesta, el nitruro de oro/silicio bicapa se dobla porque el oro se expande más que el nitruro de silicio cuando se calienta. La flexión de la bicapa altera la anchura del espacio de aire que lo separa del reflector de metal. Este cambio en la separación hace que la bicapa abosorba menos luz y, como resultado, la bicapa se dobla hacia atrás a su posición original. La bicapa puede volver a absorber la totalidad de la luz entrante y el ciclo se repite una y otra vez.

   El dispositivo se basa en una resonancia óptica híbrida única conocida como la resonancia Fano, que surge como resultado del acoplamiento entre dos resonancias ópticas distintas del metamaterial. La resonancia óptica puede ser sintonizada «a voluntad» mediante la aplicación de un voltaje.

EP

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