El estudio, publicado en Physical Review A. y liderado por Rodrigo Vicencio, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la U. de Chile e investigador del Instituto Milenio MIRO, propone un nuevo mecanismo para guiar la luz dentro de redes fotónicas de forma compacta, usando niveles de potencia muy bajos.
Mover energía de un lugar a otro es uno de los desafíos más importantes de la física y una necesidad presente en prácticamente todas las tecnologías actuales. Desde las telecomunicaciones hasta la computación, la capacidad de controlar cómo viaja la luz resulta clave para desarrollar dispositivos más rápidos, eficientes y con menor consumo energético.
Con ese objetivo, un equipo de investigación liderado por Rodrigo Vicencio, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile e investigador del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO), desarrolló un nuevo mecanismo que permite transportar luz de manera controlada a través de redes fotónicas, manteniendo su forma durante el trayecto y utilizando muy poca potencia. Los resultados fueron publicados en la revista Physical Review A bajo el título Phase-controlled transport of Floquet-driven compact topological photonic states.
La investigación demuestra que es posible desplazar paquetes de luz hacia la derecha o hacia la izquierda dentro de una red fotónica sin que estos se dispersen, es decir, sin que se expandan o deformen mientras avanzan.
«El transporte de energía constituye un problema fundamental de la física, independiente del área de especialización. Responder cómo, por ejemplo, la luz o la materia viajan de un lugar a otro y cómo podemos controlar ese viaje, constituyen preguntas fundamentales desde el inicio del pensamiento humano. En este trabajo logramos transportar luz de forma compacta en una red fotónica«, explica Rodrigo Vicencio.
Para conseguirlo, el equipo diseñó una red fotónica capaz de generar campos magnéticos efectivos —una herramienta ampliamente utilizada en física para controlar el comportamiento de la luz— y añadió una modulación temporal del sistema que permite dirigir el movimiento de estas excitaciones luminosas sin alterar su estructura.
Un avance hacia dispositivos más eficientes
Hasta ahora, este tipo de transporte compacto solo podía lograrse mediante efectos ópticos no lineales, los cuales requieren láseres de muy alta intensidad y, por lo tanto, un elevado consumo de energía. La nueva propuesta elimina esa limitación.
“En nuestro caso, todo fue resuelto a nivel lineal —operando a cualquier nivel de potencia solo determinado por los umbrales de detección de las cámaras utilizadas—. Es decir, logramos introducir una propuesta aplicada que, en caso de implementarse en un dispositivo concreto, funcionaría como una solución de transporte de energía a muy baja potencia óptica”, señala el investigador.
Aunque se trata de investigación fundamental, este tipo de avances sienta las bases para el desarrollo de futuras tecnologías fotónicas más eficientes, capaces de manipular y transportar información mediante luz con un menor consumo energético.
De la teoría al laboratorio
El estudio combinó tres etapas complementarias. Primero, el equipo desarrolló el marco teórico que explica el nuevo mecanismo de transporte. Luego realizaron simulaciones computacionales para verificar el comportamiento de la luz en estas redes. Finalmente, fabricaron las estructuras fotónicas y comprobaron experimentalmente los resultados en el laboratorio.
La investigación comenzó en 2024 y se extendió durante más de dos años, acompañando el trabajo de una estudiante de magíster y el inicio del doctorado de otro integrante del equipo.
Gabriel Cáceres de la Universidad de Rostock (Alemania) desarrolló la propuesta teórica, realizó los cálculos asociados a sistemas Floquet y a las propiedades topológicas del sistema, además de participar en la redacción del artículo. Paloma Vildoso (MIRO) estuvo a cargo de fabricar las redes fotónicas y analizar los datos experimentales. Helena Drüeke (U. de Rostock) contribuyó a la caracterización teórica del sistema, mientras que Rodrigo Vicencio (MIRO y DFI-Uchile) lideró el proyecto, desarrolló las simulaciones numéricas, participó en la caracterización experimental y coordinó la escritura de la publicación.
El siguiente paso de esta línea de investigación será estudiar este fenómeno en redes fotónicas con nuevas geometrías y en sistemas de distintas dimensiones, con el objetivo de ampliar las posibilidades de controlar el transporte de energía mediante luz.
