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​Un equipo de investigadores, formado por miembros del Grupo de Óptica de la Universidad de Cantabria y del Instituto Fresnel de Marsella (Francia), ha propuesto un modelo de "pequeño-interruptor óptico" que se activa y desactiva usando la polarización de la luz que lo ilumina. El trabajo está recogido en el artículo "Electromagnetic polarization-controlled perfect switching effect with high-refractive-index dimers and the beam-splitter configuration" que acaba de publicar la revista científica Nature Communications.

"Desde hace bastante tiempo, se investiga en el desarrollo del ordenador óptico. Su fundamento radica en utilizar "circuitería óptica" en lugar de "circuitería electrónica". El sistema binario de unos y ceros basado en cambios de un voltaje eléctrico se sustituiría por el basado en el encendido y el apagado de un haz de luz que sustituiría al haz de electrones", explica Fernando Moreno, catedrático y responsable del grupo de investigación de Óptica de la Universidad de Cantabria, coordinador de esta investigación y coautor del artículo.

"Evidentemente, lo que hemos denominado "pequeño interruptor óptico" aceleraría la velocidad de propagación de la información, puesto que los fotones se mueven más rápido que los electrones, y evitaría, además, que los dispositivos se calentaran con el correspondiente aumento de la eficiencia energética", señala Moreno.

La configuración propuesta en la investigación tiene enorme repercusión en la construcción de circuitos ópticos, equivalentes a circuitos eléctricos pero usando luz en vez de corrientes de electrones, donde se requiera un comportamiento binario ("1"/ "0") y por tanto, implicaciones en el futuro diseño y construcción de un ordenador óptico.

El tamaño de este "pequeño interruptor óptico" es inferior a la longitud de onda de la radiación excitadora. Si la radiación excitadora pertenece al rango del visible (longitud de onda entre 400 y 700 nanómetros) se puede hablar de un "nano-interruptor" óptico y tendría un tamaño de unos 100 nanómetros o equivalentemente, unas 0.1 micras.

Línea de investigación

El trabajo desarrollado es continuación de la línea de investigación del grupo de la UC en difusión de radiación electromagnética por "pequeñas" partículas hechas de material dieléctrico de alto índice de refracción, como el silicio, el germanio y muchos compuestos semiconductores (GaP, GaAs, InSb, InP…) en el rango del infrarrojo cercano y en el de las telecomunicaciones donde se desarrollan gran parte de los dispositivos dedicados a comunicaciones ópticas.

Dos de las propiedades más sobresalientes de las partículas hechas con esos materiales son sus bajas pérdidas óhmicas (en contraposición al uso convencional en nanotecnología de "pequeñas" partículas metálicas (denominadas "nanopartículas" en el rango visible)) y la posibilidad de generar una respuesta magnética a pesar de no tener carácter magnético (fenómeno magnetodieléctrico).

Esta última propiedad da lugar a efectos de coherencia (de interferencia) con la respuesta eléctrica convencional, generando fenómenos de direccionalidad de la radiación difundida. De esta forma, se puede conseguir que una simple nanopartícula de silicio pueda redirigir, de forma controlada, la radiación hacia adelante (eliminando la luz retrodifundida) o hacia atrás (eliminando casi toda la radiación hacia adelante). El resultado experimental que confirma este comportamiento fue publicado en 2012, también en Nature Communications (doi: 10.1038/ncomms2167) a través de una colaboración similar a la actual.

La nueva propuesta de "interruptor óptico" está basada en una configuración de dos de esas partículas (técnicamente conocido como "dímero") cuya mutua interacción electromagnética genera el "encendido-on" y el "apagado-off" en función de la dirección de la polarización del haz excitador.

Además, ese "encendido-on"/"apagado-off" se produce en una dirección perpendicular a la del haz excitador, evitando los problemas técnicos que confieren las direcciones hacia adelante (la señal buscada se puede "camuflar" con el haz incidente) o hacia atrás (necesita de elementos auxiliares para detectarla).

Así, la configuración planteada puede tener un enorme potencial en aplicaciones para la comunicación y el almacenamiento de información utilizando medios ópticos.

Junto a los catedráticos Francisco Gonzalez y Fernando Moreno, ha participado también en el hallazgo la investigadora predoctoral, Ángela Barreda.