Capacidad récord de un material para modificar la dirección de la luz

Unos científicos han descubierto que el material ferroeléctrico bidimensional cuya composición es CuInP₂S₆ y cuyo nombre ha sido abreviado a CIPS por estos investigadores), puede utilizarse para controlar el recorrido y las propiedades de la luz azul y de la ultravioleta como ningún otro material lo consigue. Dado que la luz ultravioleta es una herramienta fundamental para la fabricación avanzada de chips, la microscopía de alta resolución y las tecnologías de comunicación óptica de última generación, mejorar el control de dicha luz en los chips resulta vital. El CIPS puede integrarse en chips, abriendo nuevas y prometedoras perspectivas en la fotónica integrada.

El logro es obra de un equipo encabezado por Houssam El Mrabet Haje, de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.

El CIPS es un material ferroeléctrico en forma de lámina con un grosor del orden del átomo. Esto implica que posee un dipolo eléctrico interno debido al desplazamiento de los iones de cobre, que también pueden moverse dentro de la estructura. El CIPS destaca porque este movimiento de los iones de cobre depende en gran medida del grosor del cristal bidimensional. El equipo descubrió que este comportamiento ferroeléctrico dependiente del grosor puede utilizarse para lograr un índice de refracción también dependiente del grosor. El índice de refracción indica cuánto ralentiza y desvía la luz un medio, en este caso el nuevo cristal.

Al pasar del material en masa a una capa de tan solo decenas de nanómetros de espesor, el índice de refracción del CIPS cambió casi un 25 % de forma inesperada.

Recreación artística de un cristal 2D dentro de un chip, donde la luz (en azul) se acopla al campo eléctrico del cristal (en verde). (Imagen: TU Delft / Nijmegen University)

Lo más sorprendente es que el equipo también descubrió que el CIPS presenta una enorme birrefringencia (o doble refracción) en el rango azul-ultravioleta: la luz que viaja fuera del plano a través del cristal experimenta un índice de refracción muy diferente al de la luz que viaja en el plano. En longitudes de onda de alrededor de 340 nanómetros (ultravioleta cercano), esta diferencia alcanza aproximadamente 1,24, la mayor birrefringencia intrínseca registrada hasta ahora en esta parte del espectro electromagnético. Esto significa que el CIPS puede actuar como un elemento de polarización y control de fase extremadamente potente para la luz de longitud de onda corta, sin necesidad de una nanoestructuración compleja. Esto confirma que el CIPS tiene un potencial revolucionario para muchas aplicaciones fotónicas.

Houssam El Mrabet Haje y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Advanced Optical Materials, bajo el título “Anomalous Refractive Index Modulation and Giant Birefringence in 2D Ferrielectric CuInP₂S₆“ (Fuente: NCYT de Amazings)