Unos investigadores descubren un semiconductor bidimensional que supone un avance hacia el desarrollo de chips fotónicos integrados

La segunda revolución cuántica que se está produciendo hoy en día está liderada en Europa por el Programa Quantum Flagship, que pretende llevar los procesos cuánticos desde el laboratorio al mercado. En los nuevos materiales bidimensionales, como el grafeno o los semiconductores bidimensionales, los fenómenos cuánticos salen de su ámbito tradicional de las bajas temperaturas para manifestarse, incluso, a temperatura ambiente. La confluencia de este hecho, tan poco usual, ha contribuido a que los semiconductores bidimensionales sean una de las apuestas principales del Quantum Flagship para crear tecnologías disruptivas que den lugar a dispositivos comercializables que aprovechen las propiedades cuánticas de la luz y de la materia con, por ejemplo, aplicaciones en el campo de la encriptación de señales y las comunicaciones seguras.

En los semiconductores, la partícula responsable de los procesos de absorción y emisión de luz es el par electrón-hueco, que se conoce como excitón. Conocer y controlar las propiedades de los excitones en los semiconductores bidimensionales es clave para el desarrollo de las tecnologías cuánticas que se pretenden desarrollar en el marco del Quantum Flagship. Tanto es así, que la orientación misma de los excitones en un semiconductor bidimensional de por sí es capaz de delimitar qué tipo de dispositivo optoelectrónico se puede fabricar que sea capaz de aprovechar la luz cuántica que el semiconductor bidimensional pudiera llegar a emitir.

Los excitones de los semiconductores bidimensionales estudiados hasta la fecha poseen una orientación básicamente horizontal, con las ventajas y limitaciones que este hecho conlleva. Sin embargo, un grupo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales (ICMUV) y el Departamento de Física Aplicada y Electromagnetismo de la Universitat de València (España), en colaboración con un grupo de la Heriot-Watt University del Reino Unido, han demostrado que los excitones en el semiconductor bidimensional de seleniuro de indio (InSe) están orientados perpendicularmente al plano atómico, al contrario de lo que ocurre con el resto de semiconductores bidimensionales descubiertos hasta hoy.

De izquierda a derecha, Juan Fco. Sánchez Royo y Daniel Andrés Penares. (Foto: U. València)

Esta nueva orientación de los excitones abre las puertas a la creación de dispositivos optoelectrónicos planos basados en materiales bidimensionales en los que luz cuántica emitida horizontalmente se acoplara y transportara con relativa facilidad por medio de guías planas en contacto con los materiales bidimensionales.

El grupo del ICMUV y el Departamento de Física Aplicada, compuesto por Daniel Andrés Penares, Rodolfo Enrique Canet Albiach, Marie Krecmarová, Alejandro Molina Sánchez, Juan P. Martínez Pastor y Juan F. Sánchez Royo, participa en uno de los 20 consorcios seleccionados para la primera fase del Quantum Flagship. Se trata del proyecto S2QUIP “Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics”, en el que se desarrollarán circuitos de fotónica cuántica mediante la integración de materiales semiconductores bidimensionales compatibles con tecnología CMOS, muy utilizada en la fabricación de circuitos integrados tradicionales. Desarrollado en este marco, el trabajo podría resolver muchos de los cuellos de botella descritos por los planes de trabajo de EE. UU. y la UE para el desarrollo de tecnología comercializable para la Información cuántica. (Fuente: U. València)