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Físicos de la Universidad Aalto han descubierto una nueva forma de crear diminutos huracanes de luz, conocidos por los científicos como vórtices, que pueden transportar información.
El método se basa en la manipulación de nanopartículas metálicas que interactúan con un campo eléctrico. El método de diseño, que pertenece a una clase de geometrías conocidas como cuasicristales, fue ideado por el investigador de doctorado Kristian Arjas y realizado experimentalmente por la investigadora de doctorado Jani Taskinen, ambos del grupo de Dinámica Cuántica del profesor Päivi Törmä.
El descubrimiento representa un avance fundamental en la física y conlleva el potencial de formas completamente nuevas de transmitir información.
En este caso, un vórtice es como un huracán que se forma en un haz de luz, en el que un centro tranquilo y oscuro está rodeado por un anillo de luz brillante. Al igual que el ojo de un huracán está en calma debido a que los vientos a su alrededor soplan en diferentes direcciones, el ojo del vórtice está oscuro debido al campo eléctrico de luz brillante que apunta en diferentes direcciones en diferentes lados del haz.
Investigaciones físicas anteriores han relacionado el tipo de vórtices que pueden aparecer con el grado de simetría que existe en la estructura que los produce. Por ejemplo, si las partículas en la nanoescala se disponen en cuadrados, la luz producida tiene un solo vórtice; los hexágonos producen un vórtice doble, y así sucesivamente. Los vórtices más complejos requieren al menos formas octogonales.
Ahora, Arjas, Taskinen y el equipo descubrieron un método para crear formas geométricas que, en teoría, admiten cualquier tipo de vórtice.
“Esta investigación se centra en la relación entre la simetría y la rotacionalidad del vórtice, es decir, qué tipos de vórtices podemos generar con qué tipos de simetrías. Nuestro diseño de cuasicristal está a medio camino entre el orden y el caos”, afirma Törmä en un comunicado.
En su estudio, el grupo manipuló 100.000 nanopartículas metálicas, cada una de ellas de un tamaño aproximado a una centésima parte de un cabello humano, para crear su diseño único. La clave estaba en encontrar dónde las partículas interactuaban menos con el campo eléctrico deseado en lugar de hacerlo más.
“Un campo eléctrico tiene puntos calientes de alta vibración y puntos donde está esencialmente muerto. Introdujimos partículas en los puntos muertos, que apagaron todo lo demás y nos permitieron seleccionar el campo con las propiedades más interesantes para las aplicaciones“, afirma Taskinen.
El descubrimiento abre una gran cantidad de investigaciones futuras en el campo muy activo del estudio topológico de la luz. También representa los primeros pasos para una forma potente de transmitir información en dominios donde se necesita luz para enviar información codificada, incluidas las telecomunicaciones.
“Podríamos, por ejemplo, enviar estos vórtices a través de cables de fibra óptica y descomprimirlos en el destino. Esto nos permitiría almacenar nuestra información en un espacio mucho más pequeño y transmitir mucha más información a la vez. Una estimación optimista de cuánto sería de 8 a 16 veces la información que ahora podemos enviar a través de fibra óptica“, dice Arjas.