Un grupo de investigadores chinos ha inventado un nuevo cristal óptico ultrafino y energéticamente eficiente utilizando una teoría novedosa que sienta las bases para la tecnología láser de próxima generación.
El nitruro de boro retorcido desarrollado por el equipo tiene un espesor de micrómetros, lo que lo convierte en el cristal óptico más delgado conocido en el mundo, dijo recientemente a Xinhua el profesor Wang Enge de la Facultad de Física de la Universidad de Pekín. En comparación con los cristales convencionales del mismo espesor, su eficiencia energética ha aumentado entre 100 y 10000 veces.
Wang, académico de la Academia de Ciencias de China, dijo que los resultados son una innovación original en la teoría china de los cristales ópticos y abren un nuevo campo en la fabricación de cristales ópticos a partir de materiales de película delgada bidimensionales de elementos ligeros.
Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en la revista Physical Review Letters.
El láser es una de las tecnologías fundamentales de la sociedad de la información. Los cristales ópticos pueden realizar funciones como conversión de frecuencia, amplificación paramétrica y modulación de señal, y son componentes clave de los dispositivos láser.
En los últimos 60 años, la investigación y el desarrollo de cristales ópticos se han guiado principalmente por dos teorías de coincidencia de fases propuestas por científicos estadounidenses.
Sin embargo, debido a las limitaciones de los modelos teóricos tradicionales y los sistemas de materiales, es difícil que los cristales existentes cumplan con los requisitos de miniaturización, alta integración y funcionalización de dispositivos láser para desarrollos futuros. El desarrollo de la tecnología láser de próxima generación requiere avances en la teoría y los materiales de los cristales ópticos.
Wang Engo y el profesor Liu Kaihui, director del Instituto de Materia Condensada y Física de Materiales de la Facultad de Física de la Universidad de Pekín, dirigieron un equipo para desarrollar una teoría de coincidencia de tercera fase basada en sistemas de materiales de elementos ligeros: la teoría de coincidencia de fases retorcidas.
"Los láseres producidos por cristales ópticos pueden verse como columnas de marcha individuales. El mecanismo de torsión puede hacer que la dirección y el ritmo de cada individuo estén altamente coordinados, mejorando en gran medida la eficiencia de conversión de energía del láser", explica Liu, quien también es subdirector del Instituto de Intersección de Materiales Cuánticos de Elementos Ligeros en el Centro Nacional de Ciencias Integradas de Huairou en Beijing.
Dijo que la investigación abre modos de diseño y sistemas de materiales completamente nuevos, realizando toda una cadena de innovaciones originales desde la teoría óptica básica hasta la ciencia y tecnología de los materiales.
"El espesor de los cristales de TBN varía de 1 a 10 micrómetros. La mayoría de los cristales ópticos que conocíamos antes tenían espesores del nivel de un milímetro o incluso centímetros", añadió Liu.
La tecnología de producción de TBN se está patentando actualmente en EE. UU., Reino Unido, Japón y otros países. El equipo ha producido prototipos de láseres TBN y está trabajando con empresas para desarrollar tecnología láser de próxima generación.
"Los cristales ópticos son la piedra angular del desarrollo de la tecnología láser, y el futuro de la tecnología láser está determinado por la teoría del diseño y la tecnología de producción de los cristales ópticos", afirmó Wang.
Con su tamaño ultrafino, su excelente potencial de integración y sus nuevas funciones, se espera que los cristales TBN logren nuevos avances en aplicaciones en campos como las fuentes de luz cuánticas, los chips fotónicos y la inteligencia artificial.
