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Un dispositivo fotomecánico convierte la luz en movimiento y vice versa. Este logro podría dar lugar a una generación de dispositivos ópticos.

El objeto con forma de escalera hace de dispositivo fotomecánico, convirtiendo luz en vibraciones. Foto: M. Eichenfield.

Un dispositivo con forma de escalera realizado en silicio convierte la luz en vibraciones y vice versa de un modo altamente eficiente. Esto puede parecer un resultado un tanto extraño, pero podría algún día abrir la puerta a una nueva física y sea un elemento clave en microcircuitos ópticos similares a los circuitos microelectrónicos que forman los chips de nuestros ordenadores actuales.
Aunque el efecto es normalmente muy pequeño la luz ejerce una fuerza sobre los objetos en los que incide. En años recientes los físicos han explotado estas fuerzas en objetos micrométricos, Así por ejemplo, hace 4 años un equipo de investigadores del Caltech liderado por Kerry Vahala mostró que la luz que se escapaba de una fibra óptica era capaz de hacer vibrar a un pequeño disco de vidrio. Hace dos años Daniel Gauthier de Duke University y sus colaboradores mostraron cómo una fibra óptica vibraba al paso de la luz por su interior.
Ahora Oskar Painter, Matt Eichenfield, y sus colaboradores del Caltech han dado un paso más allá. Juntoi a Vahala han conseguido diseñar un dispositivo que aumenta el efecto en varios órdenes de magnitud, abriendo el camino a su aplicación potencial en microchips ópticos en los que vibraciones de baja frecuencia o microondas controlen señales ópticas de alta frecuencia y vice versa. El dispositivo combina dos campos: fotónica y fonónica.
Durante más de una década los físicos han estado desarrollando materiales denominados cristales fotónicos. En ellos se practicaban agujeros a un material a la manera en la están dispuestos los átomos en una red cristalina dando lugar a nuevas propiedades ópticas que el material de partida no tenía. De la misma manera que los electrones al moverse por un conductor son influenciados por la red cristalina los fotones sufren un efecto parecido en estos cristales fotónicos. Como resultado sólo ciertas longitudes de onda se pueden propagar fácilmente por ellos.
También se pueden hacer cristales fonónicos de tal modo que unos agujeros dispuestos adecuadamente alteren la propagación de fonones o vibraciones sonoras.
Estos investigadores consiguieron crear un híbrido de cristal fonónico-fotónico consistente en un pequeño puente de silicio de menos de una micra de ancho y 20 micras de largo. Practicaron agujeros rectangulares sobre él hasta obtener una estructura similar a la de una escalera de mano. Los agujeros centrales estaban más cerca unos de otros para así atrapar la luz y las vibraciones de la misma longitud de onda pero muy diferentes en frecuencia. Entonces los investigadores iluminaron el dispositivo con luz y analizaron la luz reflejada por el sistema. Como habían predicho se producía una absorción a una frecuencia específica, lo que significaba que esa longitud de onda luminosa era atrapada por el dispositivo.
Pudieron además comprobar que se emitían microondas cuya frecuencia se correspondía con las vibraciones atrapadas por el dispositivo. Por tanto, convertía parte de la luz incidente de una frecuencia luminosa determinada en microondas de frecuencia más baja.
Lo interesante de este logro es que la conversión de luz en vibraciones es mucho más eficiente que en dispositivos anteriores. Normalmente se usan metros de fibra óptica y láseres de milivatio de potencia, mientras que en este caso se tiene un dispositivo con un tamaño del orden de micras y una potencia de microvatio.
Este dispositivo podría tener un montón de aplicaciones prácticas, pudiéndose utilizar microondas o vibraciones para controlar señales ópticas y así tener interruptores ópticos, filtros, mezcladores y microcircuitos ópticos.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Noticia en Science.
Artículo original (resumen).