Gran parte de la vida moderna depende de la codificación de la información en los medios para transmitirla. Un método común es codificar datos en luz láser y enviarlos a través de cables ópticos. La creciente demanda de más capacidad de información exige que encontremos constantemente mejores formas de codificarla.
Investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Aalto encontraron una nueva forma de crear pequeños huracanes de luz (conocidos por los científicos como vórtices) que pueden transportar información. El método se basa en la manipulación de nanopartículas metálicas que interactúan con un campo eléctrico. El método de diseño, perteneciente a una clase de geometrías conocidas como cuasicristales, fue ideado por el investigador doctoral Kristian Arjas y realizado experimentalmente por el investigador doctoral Jani Taskinen, ambos del grupo de Dinámica Cuántica del profesor Päivi Törmä. El descubrimiento representa un paso fundamental hacia adelante en la física y conlleva el potencial de encontrar formas completamente nuevas de transmitir información.
Medio orden y caos
Un vórtice es en este caso como un huracán que se produce en un haz de luz, donde un centro tranquilo y oscuro está rodeado por un anillo de luz brillante. Así como el ojo de un huracán está en calma debido a que los vientos a su alrededor soplan en diferentes direcciones, el ojo del vórtice está oscuro debido al campo eléctrico de luz brillante que apunta en diferentes direcciones en diferentes lados del rayo.
Investigaciones físicas anteriores han relacionado qué tipo de vórtices pueden aparecer con cuánta simetría hay en la estructura que los produce. Por ejemplo, si las partículas en la nanoescala se organizan en cuadrados, la luz producida tiene un único vórtice; los hexágonos producen un doble vórtice y así sucesivamente. Los vórtices más complejos requieren al menos formas octogonales.
Ahora Arjas, Taskinen y el equipo descubrieron un método para crear formas geométricas que teóricamente soportan cualquier tipo de vórtice.
«Esta investigación trata sobre la relación entre la simetría y la rotacionalidad del vórtice, es decir, qué tipos de vórtices podemos generar con qué tipos de simetrías. Nuestro diseño cuasicristalino está a medio camino entre el orden y el caos», afirma Törmä.
buenas vibraciones
En su estudio, el grupo manipuló 100.000 nanopartículas metálicas, cada una de ellas aproximadamente del tamaño de una centésima parte de una hebra de cabello humano, para crear su diseño único. La clave estaba en encontrar dónde las partículas interactuaban menos con el campo eléctrico deseado, en lugar de hacerlo más.
«Un campo eléctrico tiene puntos calientes de alta vibración y puntos donde está esencialmente muerto. Introducimos partículas en los puntos muertos, lo que cerró todo lo demás y nos permitió seleccionar el campo con las propiedades más interesantes para las aplicaciones», afirma Taskinen.
El descubrimiento abre una gran cantidad de investigaciones futuras en el muy activo campo del estudio topológico de la luz. También representa los primeros pasos para una forma poderosa de transmitir información en dominios donde se necesita luz para enviar información codificada, incluidas las telecomunicaciones.
«Podríamos, por ejemplo, enviar estos remolinos por cables de fibra óptica y desembalarlos en su destino. Esto nos permitiría almacenar nuestra información en un espacio mucho más pequeño y transmitir mucha más información a la vez. Una estimación optimista de cuánto sería entre 8 y 16 veces la información que ahora podemos transmitir a través de fibra óptica», afirma Arjas.
Es probable que las aplicaciones prácticas y la escalabilidad del diseño del equipo requieran años de ingeniería. Sin embargo, el grupo de Dinámica Cuántica de Aalto está muy ocupado investigando la superconductividad y la mejora de los LED orgánicos.
En su estudio pionero, el grupo utilizó la infraestructura de investigación de OtaNano para tecnologías nano, micro y cuánticas.
La investigación fue publicada a principios de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza.
