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Los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos están desarrollando sistemas basados en luz a escala nanométrica que podrían conducir a avances en microelectrónica ultrarrápida, detección infrarroja a temperatura ambiente (por ejemplo, visión nocturna) y una variedad de aplicaciones tecnológicas.
![Acelerando tecnologías de próxima generación con corrientes vectoriales a nanoescala controladas por luz](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40730_17074761926098232.jpg)
La mayoría de las tecnologías modernas, desde las computadoras hasta aplicaciones como la producción de energía, dependen de la capacidad de impulsar electrones. Sin embargo, la forma en que controlamos este flujo de carga sigue estando muy limitada por los materiales y estructuras convencionales..
Jacob Pettine, físico, Centro de Nanotecnologías Integradas, Laboratorio Nacional de Los Alamos
Nanoantenas capturan y enfocan la luz
Según su más reciente Naturaleza En este artículo, los investigadores diseñaron y produjeron objetos de oro asimétricos de tamaño nanométrico sobre una capa atómicamente delgada de grafeno. Las estructuras de oro se denominan «nanoantenas» porque recogen y enfocan ondas de luz, creando «puntos calientes» ópticos que excitan los electrones del grafeno. Sólo los electrones del grafeno cerca de los puntos calientes están excitados, mientras que el resto del grafeno está mucho menos excitado.
Los investigadores utilizaron nanoantenas de oro en forma de lágrima, cuya dirección a lo largo de la estructura está definida por el colapso de la simetría de inversión. Sólo las puntas afiladas de las nanoantenas contienen puntos calientes, que forman un canal para el flujo posterior de electrones calientes excitados con direccionalidad neta. Esta corriente de carga podría controlarse y ajustarse a nivel de nanoescala estimulando diferentes combinaciones de puntos de acceso.
Estas metasuperficies proporcionan una forma sencilla de controlar la amplitud, posición y dirección de puntos calientes y corrientes de carga a nanoescala con una velocidad de respuesta de menos de un picosegundo. Luego podrá pensar en una funcionalidad más detallada.
Hou-Tong Chen, científico, Centro de Nanotecnologías Integradas, Laboratorio Nacional de Los Álamos
Aplicaciones prometedoras para corriente de carga controlable y sintonizable
Existen numerosas aplicaciones posibles para la demostración conceptual de estas metasuperficies optoelectrónicas. La corriente de carga natural se puede utilizar como señal para la fotodetección; Esto es especialmente importante en el rango infrarrojo de onda larga.
El dispositivo puede generar radiación de terahercios, lo que es útil para una variedad de tareas como la comunicación inalámbrica de ultra alta velocidad y la caracterización de materiales mediante espectroscopia. Además, la técnica podría abrir nuevas formas de manipular el nanomagnetismo, ya que las corrientes específicas podrían manipularse para crear campos magnéticos flexibles a nanoescala.
El procesamiento de información ultrarrápido, incluida la computación y la microelectrónica, también podría beneficiarse de las capacidades ampliadas. Se pueden desarrollar diseños informáticos y electrónicos basados en transistores que son más lentos y menos flexibles si se pueden utilizar pulsos láser y metasuperficies para circuitos adaptativos. A diferencia de los circuitos convencionales, los campos luminosos estructurados de forma adaptativa podrían abrir posibilidades de diseño completamente nuevas.
Pettine concluyó: “Estos resultados sientan las bases para una estructuración versátil y un control óptico de flujos a nanoescala. Además de valiosas aplicaciones en el laboratorio, las metasuperficies vectoriales pueden permitir avances en muchas áreas tecnológicas diferentes.«
El programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio del Laboratorio Nacional de Los Álamos proporcionó fondos para el estudio. La Oficina de Ciencias del DOE de EE. UU. opera el Centro de Nanotecnologías Integradas, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias.
Referencia de la revista:
Pettine, J., et. Alabama. (2024) Corrientes vectoriales a nanoescala impulsadas por luz. Naturaleza. doi:10.1038/s41586-024-07037-4
Fuente: https://www.lanl.gov/
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