Con pequeños cristales que capturan la luz se potenciaría la computación

 Avances como fibra óptica que lleva la información más rápido, computadores que procesan velozmente los datos, cámaras con una nitidez incomparable y muchos más llegan con la cuántica, pero en especial con los cristales fotónicos, diminutos materiales que juegan con la luz como quieren y con los que un físico de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) descubrió la forma en que, dentro de ellos, átomos de elementos como silicio o germanio potencien la tecnología como nunca antes.

Los cristales fotónicos –que miden milmillonésimas partes de un metro– están presentes en la naturaleza, entre los ejemplos más comunes están el ópalo y las alas de algunos escarabajos o mariposas. El ópalo es una sustancia similar a los minerales que también conforma rocas de colores iridiscentes, o sea que cambian según el ángulo. Por su parte estos insectos tienen tonos luminosos y variables cuando se mueven con el viento.

También se fabrican en los laboratorios más especializados, pues dentro de sus propiedades guardan algo llamado “periodicidad”, y quizá le suene como algo que se repite o tiene intervalos definidos, y sí, básicamente es eso, en su estructura tienen una serie de orificios con distancias iguales, que son la base para que puedan “jugar” con la luz.

Para entender este proceso, tal vez valdría la pena devolverse un poco, a inicios del siglo XX, cuando recién se estaban estudiando las capacidades de algunos materiales para conducir la electricidad, y por ende los electrones, que son la materia prima de la electricidad; de ahí nació la electrónica, rama de la física aplicada gracias a la cual usted puede estar leyendo esta nota en su celular o computador.

No obstante, alrededor de 1987 los científicos se preguntaron si se podía hacer lo mismo con los fotones, que en este caso son los “legos” de la luz, y lo que descubrieron fue sorprendente, pues la respuesta estaba en pequeños cristales que podían variar en tamaño e intensidad, y a los que le denominaron “fotónicos”, por obvias razones.

Sin embargo, son más las preguntas que las certezas, y eso lo sabe bien el doctor en Física Erik Petrovish Navarro Barón, quien puso a prueba sus conocimientos teóricos para resolver ecuaciones que por mucho tiempo han tratado de describir estos fenómenos, las de James Clerk Maxwell para el estudio de las ondas electromagnéticas, y la de Erwin Schrödinger, para la cuántica, una rama de la física que se abre paso y es fundamental para que la tecnología vaya a pasos tan rápidos que su impacto en el mundo y la vida cotidiana sea inevitable.

Según el doctor Navarro, “con los años ha existido un problema para los cristales, y es que no se ha logrado que átomos, que liberan energía y por ende luz, puedan ser almacenados en su interior, lo cual facilitaría que los fotones potencien el dispositivo en el que se encuentran, ya sea la fibra óptica, el procesador del computador o un láser especializado”.

De cierta manera es como si el dicho popular “no se pueden ni ver”, aplicara para los átomos, pues cuando están a solo 2 nanómetros de distancia, la luz que emiten no deja que se comuniquen, pero esto cambia cuando están al interior de un cristal fotónico.

El investigador determinó que al estar en su interior hay una interacción que no se había comprobado, y se conservan las propiedades lumínicas de los átomos; un hito para los estudios físicos y teóricos de estos materiales, pues si hay intercambio de energía, quiere decir que los cristales son una capa que permite que los estados cuánticos se manifiesten, es decir, que la luz que emiten sea el recurso para que la información viaje más rápido en los dispositivos en los que se almacenan.

Pero usted se preguntará, ¿cómo se crean los cristales fotónicos?, aunque la respuesta es muy sencilla, el proceso no. Se toma un material base, que puede ser silicio, germanio o arseniuro de galio, y por medio de técnicas de litografía (convertir una forma a un tamaño de micrómetros o nanómetros), se van construyendo capas o laminas diminutas, y encima de ellas se ponen las indicaciones del tipo de cristal que se quiere obtener y se hacen los hoyos.

“Esto es importante porque según el tamaño y el orden se aplicará a tecnologías distintas, y que la velocidad de la luz se controle en diferentes grados, lo que permitiría que la aplicación esté mejor orientada en instrumentos como sensores o láseres”, indica.

Añade que aunque en Colombia se han estudiado teóricamente aplicaciones en sensores, no se cuenta con la tecnología para fabricar los cristales, por lo que aportar desde el entendimiento y la resolución de ecuaciones es un precedente para seguir desarrollando esta ciencia en el país.

La investigación se realizó con el apoyo y la guía de los profesores Herbert Vinck Posada, del Departamento de Física de la UNAL, y Alejandro González Tudela, del Instituto de Física Fundamental del CSIC (España).