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Al igual que una gota cayendo sobre una lámina de agua provoca una salpicadura, la excitación de un impulso láser sobre un semiconductor atrapado entre espejos permite crear, en un instante, concentraciones muy elevadas de unas cuasipartículas llamadas polaritones. El experimento lo ha realizado un equipo de científicos europeos, entre los que figuran algunos de la Universidad Autónoma de Madrid.
Un impulso láser es como una gota de agua que se propaga por el vacío. Ahora un estudio internacional, en que han participado investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), ha revelado el inesperado comportamiento de la materia cuando es golpeada por esta 'gota' de luz.
El experimento ha consistido en lanzar un impulso láser dentro de una microcavidad con dos espejos que, a su vez, encierran un material semiconductor. Al iluminar este sistema, una parte de la luz entra y queda encerrada entre los dos espejos durante el tiempo suficiente como para interaccionar fuertemente con el material semiconductor.
De este modo, se crean unas cuasipartículas formadas por luz (el láser) y materia (el material semiconductor), llamadas polaritones, de forma casi instantánea. En concreto, con el impacto lumínico se genera un pico o pequeña zona con gran concentración de estas cuasipartículas en tan sólo 10 picosegundos (la billonésima parte de un segundo).
Esta zona donde se acumulan los polaritornes oscila con el tiempo del mismo modo que una gota de agua al caer sobre un lago o una lámina acuosa. “Hemos presenciado un fenómeno exótico e inesperado: la espectacular creación de las cuasipartículas en un punto central localizado, mucho más intenso y puntual que la ‘gota' inicial creada por el impulso láser”, explica Lorenzo Dominici, investigador principal desde el Istituto Nanoscienze Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR NANOTEC) en Lecce (Italia).
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“Lo extraño es que normalmente los polaritones son objeto de repulsiones internas que deberían tender a ensanchar la gota inicial”, añade Fabrice Laussy, coordinador del grupo teórico en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).
Un fenómeno exótico con múltiples aplicaciones
Gracias a esta extrema localización e intensidad del campo polaritónico estos resultados tienen una gran relevancia desde el punto de vista aplicado, según los autores. Por un lado, pueden servir para la creación de nuevos tipos de láser de ultraresolución, útiles, por ejemplo, en visualizadores o displays micrométricos. Por otro, la rápida velocidad de respuesta del sistema y las propiedades de los polaritones permiten su utilización en ámbitos como la creación de memorias en laboratorios de óptica.
Este trabajo, publicado en la revista Nature Communications, se ha desarrollado en el instituto italiano CNRNANO, con la colaboración de científicos del departamento de Física Teorica de la Materia Condensada de la UAM, junto a colegas de la Universidad Estatal de San Petersburgo (Rusia), la Academia de Ciencias de Polonia, la Universidad de Southampton (Reino Unido) y otros centros italianos, rusos, británicos y franceses.
Referencia bibliográfica:
Dominici, L. et al. “Real-space collapse of a polariton condensate”. Nature Communications, diciembre 2015. doi: 10.1038/ncomms9993
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