Se sabe desde hace siglos que la luz presenta un comportamiento ondulatorio en determinadas situaciones. Algunos materiales son capaces de rotar la polarización, es decir, la dirección de oscilación, de la onda luminosa cuando ésta pasa a través del material. Esta propiedad se utiliza en un componente central de las redes de comunicación óptica conocido como "aislador óptico" o "diodo óptico". Este componente permite que la luz se propague en una dirección pero bloquea toda la luz en la otra dirección.
En un estudio reciente, físicos alemanes e indios han demostrado que materiales bidimensionales ultrafinos, como el diseleniuro de tungsteno, pueden rotar la polarización de la luz visible varios grados en determinadas longitudes de onda bajo pequeños campos magnéticos adecuados para su uso en chips. Los científicos de la Universidad de Münster, Alemania, y del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica (IISER) en Pune, India, publicaron sus hallazgos en la revista Nature Communications.
Uno de los problemas de los aisladores ópticos convencionales es que son bastante grandes, con tamaños que oscilan entre varios milímetros y varios centímetros. Como resultado, los investigadores aún no han podido crear sistemas ópticos integrados miniaturizados en un chip que sean comparables a las tecnologías electrónicas cotidianas basadas en silicio. Los chips ópticos integrados actuales constan de sólo unos pocos cientos de elementos en un chip.
En comparación, el chip de un procesador de computadora contiene muchos miles de millones de elementos de conmutación. Por lo tanto, el trabajo del equipo germano-indio es un paso adelante en el desarrollo de aisladores ópticos miniaturizados. Los materiales 2D utilizados por los investigadores tienen sólo unas pocas capas atómicas de espesor y, por tanto, cien mil veces más finos que un cabello humano.
"En el futuro, los materiales bidimensionales podrían convertirse en el núcleo de los aisladores ópticos y permitir la integración en el chip para las tecnologías de comunicación y computación óptica cuántica actuales y futuras", afirma el profesor Rudolf Bratschitsch de la Universidad de Münster.
El profesor Ashish Arora del IISER añade: "Incluso los imanes voluminosos, que también se necesitan para los aisladores ópticos, podrían sustituirse por imanes 2D atómicamente delgados". Esto reduciría drásticamente el tamaño de los circuitos integrados fotónicos.
El equipo descifró el mecanismo responsable del efecto encontrado: los pares de huecos de electrones unidos, los llamados excitones, en semiconductores 2D rotan con mucha fuerza la polarización de la luz cuando el material ultrafino se coloca en un pequeño campo magnético.
Según Arora, "realizar experimentos tan sensibles con materiales bidimensionales no es fácil porque las áreas de muestra son muy pequeñas". Los científicos tuvieron que desarrollar una nueva técnica de medición que es aproximadamente 1,000 veces más rápida que los métodos anteriores.