Un equipo de investigadores que dirige el profesor Francisco Guitián está avanzando en el desarrollo de cristales fotónicos, materiales novedosos con aplicaciones muy diversas. Los expertos, que para los aspectos más teóricos colaboran con la Escuela de Óptica de la USC y de Física de la Universidad de Vigo, se ocupan del diseño y elaboración de estos dispositivos, lo que implica la manipulación de materiales a escala nanométrica.

Hasta muy recientemente la industria fotónica se centró sobre todo en el modo de transmitir información, reemplazando las señales eléctricas a través de cables por pulsos láser en fibras ópticas. “En la actualidad –indica uno de los coordinadores del proyecto, el profesor Álvaro Gil González- la posibilidad de elaborar materiales que permitan controlar el flujo de la luz ha dado lugar a la idea de desarrollar dispositivos ópticos que puedan procesar información empleando sólo luz visible o infrarroja, sustituyendo así a los electrones como transmisores y procesadores de información”. 

En esta línea, los cristales fotónicos representan un nuevo tipo de materiales que hacen posible controlar el flujo de la luz a escala microscópica. Se caracterizan por estar ordenados como si tuviesen una estructura cristalina, de dimensiones nanométricas, en la que se puede prohibir la propagación de la luz en todas las direccións. Tal como explica el investigador, “se trata de materiales muy ordenados pero si en su interior se consiguen introducir defectos que rompan la geometría del cristal, entonces en esas regiones se hace posible la conducción de luz”. En consecuencia, “se puede guiar la luz de manera controlada a través del material, de forma más eficiente que en la fibra óptica”, asegura. 

El funcionamiento de estos cristales y mismo sus múltiples aplicaciones son hoy conocidas, pero la dificultad radica en su fabricación y manipulación. “La clave está en ser capaces de construir este tipo de estructuras, ya que se requieren unos materiales muy concretos, con elevado índice de refracción y, además, hay que trabajar a escala nanométrica”, manifiesta el investigador. En este sentido, el equipo de la USC profundiza en el desarrollo de metodologías que permitan construir esos materiales de forma industrial.

Aplicaciones múltiples
Estos materiales tienen aplicaciones muy diversas. “Una de sus posibilidades radica en el desarrollo de circuitos ópticos, lo que permitiría elaborar dispositivos integrados de transmisión, amplificación… y hasta un verdadero chip fotónico”, explica Gil. Además, se pueden emplear para el diseño de fibras que impidan el paso de la radiación infrarroja, de cara a la fabricación de ropa con estas características, o como aislantes térmicos.
Otra potencialidad de estos cristales sería conseguir guiar a luz a través de fibra óptica fotónica, cuyo funcionamiento difiere radicalmente de la fibra óptica convencional, permitiendo guiar la luz con giros de hasta 60 grados. Además, ciertos dispositivos basados en cristales fotónicos pueden emplearse como sensores químicos o biosensores.

También podrían llegar a sustituir a los circuitos electrónicos de los ordenadores, fabricar transistores fotónicos o mejorar los detectores de metales de los aeropuertos y demás escáneres de seguridad. “Y sería posible la obtención de láseres con mayor rendimiento que los actuales”, aclara el investigado, que añade que “estos cristales incrementarían el rendimiento de las bombillas convencionales, al sustituir su filamento por cristal fotónico, con lo cual se evitaría la pérdida de energía en forma de radiación infrarroja”. 

De modo general, se trata de procesar y conducir información mediante el empleo de la luz, lo que permitiría una mayor cantidad y velocidad de la información, frente a la que se procesa a través de los circuitos electrónicos convencionales.

Tres dimensiones

Los investigadores emplean técnicas muy novedosas ya que se requiere mucha perfección. Una de ellas es la “escritura directa con tinta”, con la que se pueden elaborar estructuras en tres dimensiones. Esta técnica consiste en el uso de un dispositivo controlado por un ordenador en el que se desplaza, con precisión nanométrica, una jeringa que dispone de agujas con diámetros muy reducidos. Este dispositivo permite inyectar “tintas” en forma de estructura tubular de 0,5 micras de espesor. Su desplazamiento en las tres direcciones del espacio hace posible construir estructuras tridimensionales formadas por finos “tubos” del material inyectado.

Fuente: USC