Nueva forma de generar luz

El modo en que los electrones interactúan con los fotones (las partículas de la luz) es una parte vital de muchas tecnologías modernas, desde los LEDs hasta los paneles solares. Pero la interacción es intrínsecamente débil debido a un importante desajuste de escala: la longitud de onda de la luz visible es unas 1.000 veces mayor que un electrón, por lo que la forma en que ambas cosas se afectan mutuamente está limitada por esa disparidad.

Ahora, unos investigadores de la Universidad de Hong Kong en China, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos y otras instituciones han ideado una forma revolucionaria de hacer posibles interacciones más robustas entre fotones y electrones, que produce un aumento espectacular de la emisión de luz a partir de un fenómeno denominado “radiación de Smith-Purcell”.

Este avance seguramente tendrá repercusiones importantes para la investigación científica fundamental y para aplicaciones comerciales, aunque su puesta en práctica requerirá más años de investigación.

Mediante una combinación de simulaciones por ordenador y experimentos de laboratorio, el equipo de Yi Yang (Universidad de Hong Kong) descubrió que utilizando un haz de electrones con un cristal fotónico especialmente diseñado (una losa de silicio sobre un aislante, con agujeros a escala nanométrica) es posible lograr una emisión más intensa en muchos órdenes de magnitud de lo que sería posible normalmente en la radiación de Smith-Purcell convencional. En las pruebas realizadas, estos investigadores han registrado una radiación unas 100 veces mayor.

Recreación artística de la interacción entre electrones libres y bandas planas de una losa de cristal fotónico. (Imagen: Lei Chen)

A diferencia de otros métodos para producir fuentes de luz u otras radiaciones electromagnéticas, el método basado en electrones libres es totalmente sintonizable: puede producir emisiones de cualquier longitud de onda deseada, simplemente ajustando el tamaño de la estructura fotónica y la velocidad de los electrones. Esto puede hacerlo especialmente valioso para fabricar fuentes de emisión en longitudes de onda difíciles de producir con eficacia, como las ondas del orden del terahercio, la luz ultravioleta y los rayos X.

Yang y sus colegas exponen los detalles técnicos de su descubrimiento y de las pruebas realizadas en la revista académica Nature, bajo el título “Photonic flatband resonances for free-electron radiation”. (Fuente: NCYT de Amazings)