Los Ingenieros Desarrollan Un Nuevo Enfoque Para Los Pulsos De Luz Ultrarrápidos

Los ingenieros del MIT desarrollan un nuevo enfoque para los pulsos de luz ultrarrápidos

En esta imagen, la luz incide en una red molecular depositada sobre un sustrato metálico. Las moléculas pueden intercambiar energía rápidamente con el metal de abajo, un mecanismo que conduce a un tiempo de respuesta mucho más rápido para la emisión de luz fluorescente de la red.

Un equipo de ingenieros ha desarrollado un nuevo enfoque para pulsos de luz ultrarrápidos que podría usarse para sistemas de comunicaciones rápidos basados ​​en luz.

Los materiales bidimensionales llamados agregados moleculares son emisores de luz muy efectivos que funcionan según un principio diferente al de los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) o puntos cuánticos típicos. Pero su potencial como componentes para nuevos tipos de dispositivos optoelectrónicos se ha visto limitado por su tiempo de respuesta relativamente lento. Ahora, los investigadores de MIT , la Universidad de California en Berkeley y la Universidad Northeastern han encontrado una manera de superar esa limitación, abriendo potencialmente una variedad de aplicaciones para estos materiales.

Los hallazgos se describen en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, en un artículo del profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT, Nicholas X. Fang, postdoctorados Qing Hu y Dafei Jin, y otros cinco.

Fang y su equipo encontraron que la clave para mejorar el tiempo de respuesta de estos agregados moleculares 2-D (2DMA) es acoplar ese material con una capa delgada de un metal como la plata. La interacción entre el 2DMA y el metal que está a solo unos nanómetros de distancia aumenta la velocidad de los pulsos de luz del material más de diez veces.

Estos materiales 2DMA exhiben una serie de propiedades inusuales y se han utilizado para crear formas exóticas de materia, conocidas como condensados ​​de Bose-Einstein, a temperatura ambiente, mientras que otros enfoques requerían un enfriamiento extremo. También se han aplicado en tecnologías como las células solares y las antenas orgánicas de captación de luz. Pero el nuevo trabajo identifica por primera vez la fuerte influencia que puede tener una hoja de metal muy pegada en la forma en que estos materiales emiten luz.

Para que estos materiales sean útiles en dispositivos como los chips fotónicos, que son como chips semiconductores pero realizan sus operaciones utilizando luz en lugar de electrones, “el desafío es poder encenderlos y apagarlos rápidamente”, lo que no había ha sido posible antes, dice Fang.

Con el sustrato metálico cerca, el tiempo de respuesta para la emisión de luz se redujo de 60 picosegundos (billonésimas de segundo) a solo 2 picosegundos, dice Fang: “Esto es bastante emocionante, porque observamos este efecto incluso cuando el material es de 5 a 10 nanómetros de la superficie ”, con una capa espaciadora de polímero en el medio. Eso es suficiente separación para que la fabricación de estos materiales emparejados en cantidad no sea un proceso demasiado exigente. “Esto es algo que creemos que podría adaptarse a la impresión de rollo a rollo”, dice.

Si se usa para el procesamiento de señales, como enviar datos por luz en lugar de ondas de radio, dice Fang, este avance podría conducir a una tasa de transmisión de datos de aproximadamente 40 gigahercios, que es ocho veces más rápida de lo que estos dispositivos pueden entregar actualmente. Este es “un paso muy prometedor, pero aún es muy temprano” en cuanto a traducirlo en dispositivos prácticos y fabricables, advierte.

El equipo estudió solo uno de los muchos tipos de agregados moleculares que se han desarrollado, por lo que aún puede haber oportunidades para encontrar variaciones aún mejores. “Esta es en realidad una familia muy rica de materiales luminosos”, dice Fang.

Debido a que la capacidad de respuesta del material está tan fuertemente influenciada por la proximidad exacta del sustrato metálico cercano, dichos sistemas también podrían usarse para herramientas de medición muy precisas. “La interacción se reduce en función del tamaño de la brecha, por lo que ahora podría usarse si queremos medir la proximidad de una superficie”, dice Fang.

A medida que el equipo continúa sus estudios de estos materiales, el siguiente paso es estudiar los efectos que podría tener el modelado de la superficie metálica, ya que las pruebas hasta ahora solo utilizaron superficies planas. Otras preguntas que deben abordarse incluyen determinar la vida útil de estos materiales y cómo se pueden extender.

Fang dice que un primer prototipo de un dispositivo que use este sistema podría producirse “dentro de un año más o menos”.

El equipo también incluyó a Soon Hoon Nam en MIT; Jun Xiao, Xiaoze Liu y Xiang Zhang en UC Berkeley; y Yongmin Liu de la Northeastern University. El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, el Masdar Institute of Science and Technology y la King Abdullah University of Science and Technology.

Publicación: Qing Hu, et al., “Desintegración fluorescente ultrarrápida inducida por la interacción dipolo-dipolo mediada por metales en agregados moleculares bidimensionales”, PNAS, 2017; doi: 10.1073 / pnas.1703000114

Añadir un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *