Etiqueta: Nanofotónica

Nanofotónica (segunda parte)

Nanofotónica (segunda parte)

El investigador Blasco, en la tesis doctoral publicada el año 2009 con el título “Desarrollo de aplicaciones basadas en la guía nanofotónica de silicio tipo ranura”, menciona que la tecnología fotónica está en la actualidad bastante extendida en diversas áreas científicas. Destaca su aplicación en las redes ópticas de comunicaciones en cuyo desarrollo la fibra óptica adquiere un papel relevante como canal de comunicación entre nodos lejanos, descrito en el artículo de Masini y sus colegas, escrito el año 2002 con el título “Optoelectrónica basada en SI para comunicaciones”. Es este campo, el de las comunicaciones ópticas, es uno de los principales impulsores del desarrollo de la tecnología fotónica. Sin embargo, en este desarrollo han ido apareciendo nuevas aplicaciones tan diversas como el procesado fotónico o los sensores ópticos. Boagerts, en el artículo publicado el año 2003 con el título “Guías de onda nanofotónicas y cristales fotónicos en silicio sobre aislante”, menciona que dichas aplicaciones requieren nuevas tendencias dentro de la tecnología fotónica, así como mayores niveles de integración dando lugar a la aparición de la nanofotónica. Según Prasad, en el libro publicado el año 2004 con el título “Nanofotónica”, la nanofotónica, definida como la fusión de la nanofabricación y la fotónica, se presenta como una nueva frontera de la investigación y trae consigo una gran cantidad de oportunidades para el desarrollo de nuevas tecnologías. Se trata de un campo multidisciplinar que requiere aportaciones de diversas áreas científicas, tanto para el diseño de los dispositivos, tales como sensores, conmutadores o filtros, como para su fabricación, donde existen diversas tendencias como la tecnología de silicio en oxido.

García de Abajo, en el artículo escrito el año 2009 con el título “Nanofotónica: Control de la luz a escalas nanométricas”, menciona que los campos electromagnéticos, y en concreto la luz, forman parte privilegiada de esta joven disciplina al ser portadores de información e instrumentos de medida y control. La nanofotónica se encarga del estudio de la luz a escala nanométrica y beneficia a la biología, la química y la ingeniería a través de esquemas novedosos de microscopía, de modificación externa de reacciones y de dispositivos integrados para conmutación óptica. Y como las demás disciplinas de lo nano, la nanofotónica se enfrenta al reto de lidiar con las reglas de juego del mundo de lo pequeño, donde la física cuántica es dueña y señora, y los conceptos deterministas pierden su utilidad. Sin embargo, estas nuevas reglas producen fenómenos sin parangón en el mundo macroscópico y se convierten por ello en una ventaja para el nanotecnólogo. Mientras los biólogos moleculares se esfuerzan en entender los detalles de la auto-replicación celular, físicos e ingenieros descubren recetas para lograr auto-ensamblado de entes nanoscópicos inertes: Ópalos, auto-organización de moléculas complejas, etc.; en su afán por emular los procesos naturales de la vida, en un enfoque de arriba hacia abajo, y con fe en encontrar propiedades emergentes desconocidas. Otras estrategias se decantan por construir castillos microscópicos de ladrillos moleculares, enfoque de abajo hacia arriba, controlados con precisión por herramientas como las pinzas ópticas. Todo ello en estrictas condiciones de laboratorio, ultra alto vacío y pureza química. Resulta sorprendente comprobar cómo la naturaleza que se pretende imitar es aún capaz de sintetizar las mejores estructuras fotónicas conocidas, y lo hace en medios turbios, en un charco.

La tesis de maestría de Septién, publicada el año 2011 con el título “Invisibilidad óptica”, menciona que algunos de los avances más significativos de la nanofotónica se han centrado en los metamateriales, cuyas propiedades ópticas superan y complementan a las de los materiales que se encuentran en la naturaleza o las de los sintetizados con técnicas químicas y físicas convencionales. Los metamateriales se construyen de forma artificial a partir de componentes microscópicas, organizadas en general en disposiciones periódicas, y presentan respuesta óptica asimilable a la de medios continuos sin estructura, cuyo manejo resulta sencillo al venir descritos por constantes efectivas. El índice de refracción, definido por el cambio angular en la dirección de propagación de la luz al atravesar una superficie, es una de esas constantes sobre las cuales se han producido importantes avances, como la demostración experimental de medios de índice negativo en los que la dirección de difracción es contraria a la intuición. El profesor Sir John B. Pendry, del Imperial College de Londres, fue pionero en el diseño de este tipo de materiales y mostró en el año 2000, en el artículo titulado “La refracción negativa hace una lente perfecta”, cómo podrían ser utilizados para fabricar lentes perfectas, capaces de formar imágenes con precisión superior a la impuesta por el límite de difracción, que impide resolver detalles inferiores a media longitud de onda, una fracción de la micra para luz visible. En realidad, se han construido lentes perfectas tan sólo para microondas, pero su concepción ha supuesto una fuente de inspiración para muchos grupos de investigación en busca de fenómenos ópticos extraordinarios. Entre ellos destacan los materiales invisibles, indistinguibles del aire porque tienen su mismo índice de refracción. Otra estrategia para lograr invisibilidad, demostrada por el mismo profesor Pendry y su colaborador Smith durante el año 2006, en el artículo titulado “Superlentes”, consiste en rodear el objeto que se quiere hacer desaparecer de una coraza para desviar las ondas electromagnéticas de forma adecuada, como los escudos de las naves de los romulans en Star Trek. De nuevo, estos materiales han sido confeccionados tan sólo para microondas, aunque su extensión a frecuencias altas, por ejemplo el infrarrojo cercano, es una cuestión más técnica que conceptual. Recientemente se ha logrado un alto grado de invisibilidad en metales, opacos en general, pero que se tornan transparentes al ser perforados por redes periódicas de agujeros.

 

Guillermo Choque Aspiazu
https://www.eldiario.net
21 de Marzo de 2016

Nanofotónica (primera parte)

Nanofotónica (primera parte)

En la tesis de maestría de Vila, publicada el año 2011 con el título “Nanotecnología: Su desarrollo en Argentina, sus características y tendencias a nivel mundial”, se menciona que si bien aún no hay un consenso a nivel internacional sobre lo que el campo de la nanotecnología incluye, se puede realizar una aproximación a su definición diciendo que el término abarca los conocimientos utilizados para el manejo de la materia a escala nanométrica, es decir la mil millonésima parte de un metro, con el fin de diseñar y mejorar las propiedades físico-químicas de distintos materiales. En esta escala se presentan fenómenos físicos regidos por nuevas reglas basadas en la mecánica cuántica que cambian drásticamente el comportamiento de los materiales, tornándolos mucho más eficientes y útiles con respecto a varias de sus aplicaciones actuales. A su vez, según Sarma y Chaudhury, en el artículo publicado el año 2009 con el título “Implicaciones socio-económicas de las aplicaciones de la nanotecnología: Un caso del cobre y los países dependientes de cobre”, algunos especialistas han señalado que la nanotecnología tendrá el potencial de introducir una nueva revolución industrial, pues permitiría modificar gran parte de los insumos utilizados en distintas industrias, e incluso, los más arriesgados se aventuran a imaginar que tiene la potencialidad de permitir reemplazar varias de las producciones basadas en recursos naturales, por ejemplo, al crear materiales que reemplacen al cobre.

Luis Marín, en el artículo publicado el año 2005 con el título “¿Qué es la Fotónica?”, menciona que la óptica es la vieja y venerable rama de la física que involucra la generación, propagación y detección de la luz. Tres desarrollos fundamentales logrados en los últimos cuarenta años son responsables del rejuvenecimiento de la óptica y de su creciente importancia en la tecnología moderna con toda una revolución: (1) La invención del Láser, (2) La fabricación de fibras ópticas de baja pérdida y (3) La introducción de dispositivos ópticos semiconductores. Como resultado de estos desarrollos, emergen nuevas disciplinas y nuevos términos que las describen: (a) Electro-óptica (b) Optoelectrónica (c) Electrónica cuántica (d) Óptica cuántica (e) Tecnología de ondas de luz. Aunque no existe un acuerdo completo del uso preciso de estos términos, hay un consenso general con respecto a su significado. (1) Electro-óptica se reserva generalmente para dispositivos ópticos en los cuales los efectos eléctricos juegan un papel fundamental (Láser, moduladores y conmutadores electro-ópticos). (2) Optoelectrónica típicamente se refiere a dispositivos y sistemas que son esencialmente electrónicos por naturaleza, pero involucran luz (diodos emisores de luz, dispositivos de despliegue de cristal líquido y arreglos de fotodetectores). (3) Electrónica cuántica se usa en conexión con dispositivos y sistemas que se basan principalmente en la interacción de la luz con la materia, láser y dispositivos ópticos no lineales usados para amplificadores ópticos y mezcladores de ondas ópticas. (4) Óptica cuántica estudia las propiedades cuánticas y coherentes de la luz. (5) Tecnología de ondas de luz se usa para describir dispositivos y sistemas que son usados en comunicaciones ópticas, procesamiento de señales ópticas y metrología óptica. En analogía con la electrónica, en años recientes surge el término “fotónica”, reflejando el importante vínculo entre la óptica aplicada y la electrónica, forjado por el creciente papel que los materiales y dispositivos semiconductores juegan en los sistemas fotónicos. El campo de la óptica es amplio y continúa manteniendo alto potencial de explotación. Así como la electrónica involucra el control de flujo de carga eléctrica en el vacío o en la materia, la fotónica involucra el control de fotones en el espacio libre o en la materia. Las dos disciplinas claramente se relacionan puesto que los electrones comúnmente controlan el flujo de fotones, y los fotones controlan el flujo de electrones Como en óptica moderna se da ahora igual énfasis a los aspectos de fotón y de onda de la radiación óptica, el término fotónica refleja la importancia de ambos aspectos en el entendimiento de nuevos desarrollos que el láser ha traído al campo, como el desarrollo de fibras ópticas y tecnología de semiconductores para emisores y detectores ópticos. Así el término fotónica refleja la importancia de la naturaleza de fotón de la luz en la descripción de la operación de muchos dispositivos ópticos.

En el artículo titulado “Nanofotónica: Luz + nanopartículas” publicado el año 2007, su autor De la Rosa menciona que la nanofotónica es la fusión de la nanotecnología y la fotónica. Es un campo multidisciplinario que estudia las propiedades ópticas de los sistemas nanoestructurados y la interacción luz materia a nivel nanoscópico. Se menciona que las propiedades ópticas de las nanopartículas son dominadas por los efectos de superficie. Así, controlando el tamaño de las nanopartículas o nanoestructuras es posible controlar o amplificar ciertas propiedades de los sistemas bajo estudio. En general, las nanoestructuras pueden ser de tres tipos: Semiconductoras, dieléctricas y metálicas. Cada una de ellas produce fenómenos de especial interés cuando interactúan con una señal óptica, pudiendo así ser aplicadas en diferentes campos. Un campo de especial interés es la biología. El estudio de las propiedades luminiscentes de sistemas nanoestructurados en sistemas biológicos es el campo de estudio de la bionanofotónica. Especialmente trata sobre el estudio de sistemas nanoestructurados en aplicaciones biomédicas. Diferentes nanopartículas han sido propuestas para ser utilizadas en la detección de bajas concentraciones de diferentes elementos como células cancerigenas, virus, acido desoxirribonucleico, acido ribonucleico, proteínas, etc. También han sido utilizadas para la entrega de medicamentos en forma dirigida y controlada así como para la destrucción de tumores cancerigenos.

 

Guillermo Choque Aspiazu
https://www.eldiario.net
14 de Marzo de 2016

Translate »