Controlan las propiedades de la luz con nanoestructuras
Un estudio teórico basado en simulaciones computacionales llevadas a cabo por el grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, en colaboración con el centro de investigación japonés AIST, ha probado que la intensidad de la luz ultravioleta que se hace pasar a través de una nanocinta de grafeno es modulada con una frecuencia terahertz. Se abre, así, un nuevo campo de investigación en obtención de radiación terahertz, que tiene múltiples aplicaciones. La investigación ha sido publicada en la prestigiosa revista Nanoscale.
El grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU, liderado por Ángel Rubio, catedrático de la UPV/EHU —del Departamento de Física de Materiales— y director del Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter en Hamburgo, ha simulado la conversión de luz ultravioleta a radiación del rango de los terahercios, haciéndola pasar a través de una nanocinta de grafeno, y ha propuesto un nuevo dispositivo compacto para generar este tipo de radiación basado en el fenómeno descubierto. La investigación, llevada a cabo en colaboración con el grupo de investigación liderado por Yoshiyuki Miyamoto del National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) de Japón, ha sido publicada en la prestigiosa revista Nanoscale, editada por Royal Society of Chemistry (Reino Unido).
Los terahercios son una radiación de baja frecuencia con un amplio abanico de aplicaciones, como la caracterización de moléculas, materiales, tejidos… Sin embargo, actualmente, es difícil fabricar dispositivos de generación de radiación terahertz eficientes, de pequeño tamaño y bajo coste. Este fenómeno “extiende el rango de aplicabilidad de este tipo de radiación a muchos otros ámbitos en los que no se estaba utilizando —explica Ángel Rubio—, por el hecho de que se tendría que recurrir a fuentes de radiación mucho mayores”.
El punto de partida de un nuevo campo de investigación
Para realizar esta simulación han utilizado nanocintas de grafeno: cintas cortadas de láminas de grafeno. Según han concluido en la investigación, la luz UV que incide en la nanocinta emite una radiación totalmente diferente (terahercios) en dirección perpendicular a la incidente. Este fenómeno “abre la posibilidad de generar estructuras que permitan cambiar el rango de frecuencia utilizando diferentes nanoestructuras —explica el catedrático—. Se abre un campo nuevo de investigación”.
Una vez demostrada la existencia del fenómeno, “habría que ver si se puede hacer lo mismo con otro tipo de fuente de luz”, explica Ángel Rubio. En la investigación han utilizado un puntero láser de gran intensidad, para que la simulación fuera correcta, pero se debería llegar a utilizar “fuentes de luz más accesibles”, concreta. Además, otro paso a dar en este campo sería “utilizar un conjunto de nanoestructuras, en vez de una sola, para conseguir un dispositivo real”.
El grupo de la UPV/EHU ha trabajado en la propuesta de la idea y su implementación en el código que permite hacer la simulación en el ordenador, y los cálculos numéricos han corrido a cargo del centro de investigación japonés AIST. Los investigadores han utilizado técnicas novedosas de simulación de primeros principios, métodos en los cuales la capacidad predictiva es muy alta: se predice el comportamiento de un material, sin utilizar parámetros externos. “Las técnicas de simulación han llegado a un punto —concluye Rubio— en que se predicen sistemas que luego realmente se demuestra que se comportan de la misma manera experimentalmente”.
Información complementaria
El grupo de investigación Nano-bio Spectroscopy Group está liderado por Ángel Rubio. La actividad del grupo está enfocada a la investigación teórica y modelización de propiedades electrónicas y estructurales de la materia condensada, así como al desarrollo de nuevas herramientas teóricas y códigos computacionales para investigar la respuesta electrónica de los sólidos y nanoestructuras frente a campos electromagnéticos externos.
Ángel Rubio es catedrático de la UPV/EHU, miembro del Departamento de Ciencia de los Materiales, y director del departamento de Teoría del Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter. Cuenta con más de 300 publicaciones científicas y más de 22.000 menciones en la literatura científica. Su actividad investigadora está internacionalmente reconocida, y cuenta, además, con numerosas distinciones y premios.
