Prensa. Muy Interesante.
Un equipo de científicos de Caltech anuncia en la revista Science el desarrollo de un nuevo avance que utiliza un material especializado de solo tres átomos de espesor y abre las puertas a la tecnología Li-Fi. Para comprender el trabajo, es útil recordar primero que la luz existe como onda y que tiene una propiedad conocida como polarización, que describe la dirección en la que vibran las ondas. Imagínese estar en un bote flotando en el océano: las olas del océano tienen una polarización vertical, lo que significa que cuando las olas pasan por debajo del bote, suben y bajan. Las ondas de luz se comportan de la misma manera, excepto que estas ondas se pueden polarizar en cualquier ángulo. Si un barco pudiera montar ondas de luz, podría balancearse de un lado a otro, o en diagonal, o incluso en forma de espiral.
La polarización puede ser
útil porque permite controlar la luz de formas específicas. Por ejemplo, las
lentes de sus gafas de sol bloquean el deslumbramiento (la luz a menudo se
polariza cuando se refleja en una superficie, como la ventana de un automóvil).
La pantalla de una calculadora de escritorio crea números legibles polarizando
la luz y bloqueándola en áreas. Aquellas áreas donde la luz polarizada está
bloqueada aparecen oscuras, mientras que las áreas donde la luz no está
bloqueada aparecen claras.
Las propiedades del
fósforo negro
En el estudio, Harry
Atwater, profesor de Física Aplicada y Ciencia de los Materiales, y sus
coautores describen cómo utilizaron tres capas de átomos de fósforo para crear
un material para polarizar la luz que es sintonizable, preciso y extremadamente
delgado.
El material está
construido a partir del llamado fósforo negro, que es similar en muchos
aspectos al grafito o grafeno, formas de carbono que consisten en capas de un
solo átomo de espesor. Pero mientras que las capas de grafeno son perfectamente
planas, las capas de fósforo negro tienen nervaduras, como la textura de un par
de pantalones de pana o cartón corrugado. (El fósforo también viene en formas
rojas, blancas y violetas, distintas debido a la disposición de los átomos
dentro de él).
Esa estructura cristalina,
dice Atwater, hace que el fósforo negro tenga propiedades ópticas
significativamente anisotrópicas. "La anisotropía significa que depende
del ángulo", explica en un comunicado. "En un material como el
grafeno, la luz se absorbe y se refleja por igual sin importar el ángulo en el
que esté polarizada. El fósforo negro es muy diferente en el sentido de que si
la polarización de la luz se alinea a lo largo de las corrugaciones, tiene una
respuesta muy diferente a la de está alineado perpendicularmente a las
corrugaciones".
Cuando la luz polarizada
se orienta a través de las corrugaciones en fósforo negro, interactúa con el
material de manera diferente que cuando se orienta a lo largo de las
corrugaciones, algo así como la forma en que es más fácil frotar la mano a lo
largo de las costillas en pana que frotarla a través de ellas.
Sin embargo, muchos
materiales pueden polarizar la luz y esa capacidad por sí sola no es
especialmente útil. Lo que hace especial al fósforo negro, dice Atwater, es que
también es un semiconductor, un material que conduce la electricidad mejor que
un aislante, como el vidrio, pero no tan bien como un metal como el cobre. El
silicio de los microchips es un ejemplo de semiconductor. Y así como las
estructuras diminutas construidas con silicio pueden controlar el flujo de
electricidad en un microchip, las estructuras construidas con fósforo negro
pueden controlar la polarización de la luz cuando se les aplica una señal
eléctrica.
"Estas pequeñas
estructuras están haciendo esta conversión de polarización", dice Atwater,
"así que ahora puedo hacer algo que sea muy delgado y sintonizable, y en
la escala nanométrica. Podría hacer una matriz de estos pequeños elementos,
cada uno de los cuales puede convertir la polarización en un estado de
polarización reflejada diferente ".
Mejora en pantallas LCD
La tecnología de pantalla
de cristal líquido (LCD) que se encuentra en las pantallas de los teléfonos y
televisores ya tiene algunas de esas capacidades, pero la tecnología de fósforo
negro tiene el potencial de adelantarse mucho. Los "píxeles" de una
matriz de fósforo negro podrían ser 20 veces más pequeños que los de las
pantallas LCD, pero responder a las entradas un millón de veces más rápido.
Estas velocidades no son
necesarias para ver una película o leer un artículo en línea, pero podrían
revolucionar las telecomunicaciones, dice Atwater. El cable de fibra óptica a
través del cual se envían las señales de luz en los dispositivos de
telecomunicaciones solo puede transmitir un número limitado de señales antes de
que comiencen a interferir y abrumarse entre sí, confundiéndolas (imagen
tratando de escuchar lo que dice un amigo en un bar abarrotado y ruidoso) .
Pero un dispositivo de telecomunicaciones basado en capas delgadas de fósforo
negro podría sintonizar la polarización de cada señal para que ninguna
interfiera entre sí. Esto permitiría que un cable de fibra óptica transportara
muchos más datos de los que tiene ahora.
¿Bye bye wifi?
Atwater dice que la
tecnología también podría abrir la puerta a un reemplazo basado en luz para
Wi-Fi, algo a lo que los investigadores en el campo se refieren como Li-Fi.
"Cada vez más,
analizaremos las comunicaciones por ondas de luz en el espacio libre",
dice. "Una iluminación como esta lámpara de aspecto muy atractivo sobre mi
escritorio no transmite ninguna señal de comunicación. Solo proporciona luz. Pero
no hay ninguna razón por la que no pueda sentarse en un futuro Starbucks y
hacer que su computadora portátil reciba una señal de luz para su conexión
inalámbrica en lugar de una señal de radio. Aún no está aquí, pero cuando
llegue, será al menos cien veces más rápido que Wi-Fi".
Fuente: Europa Press.
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