Un equipo de investigación del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (Kaist) ha desarrollado el primer material semiconductor de detección de polarización circular (CPL) de banda ancha capaz de detectar desde ultravioleta hasta infrarrojo de onda corta controlando la quiralidad a nivel atómico de los nanocristales de selenio (Se). Este hallazgo impulsaría el desarrollo de nuevos dispositivos ópticos.
Esta tecnología es un material tipo película que puede detectar la polarización circular con alta sensibilidad a temperatura ambiente, y está atrayendo la atención como material central para la computación cuántica, la espintrónica y la tecnología de sensores ópticos, como la decodificación de información cifrada con luz o el control de bits cuánticos (qubits).
Control de la quiralidad del selenio
Los investigadores han explorado el selenio, un material inorgánico que destaca por su estructura cristalina asimétrica (quiralidad). La quiralidad, una propiedad física relacionada con la asimetría izquierda-derecha, es fundamental para distinguir la polarización circular de la luz, especialmente relevante para detectar el momento angular de un espín. Sin embargo, producir estructuras de selenio con una quiralidad controlada en una sola dirección ha sido siempre un reto para la aplicación práctica de este material.
El selenio tiene una estructura quiral única, que puede aumentar permanentemente la estabilidad del rendimiento. Sin embargo, en la naturaleza existen estructuras atómicas con una mezcla de orientaciones dextrógiras y zurdas, y es muy difícil controlarlas en una dirección, lo que hace muy difícil su uso práctico.
El avance del equipo radica en una tecnología de transferencia de quiralidad aplicada a nanobarras de selenio, para manipular la estructura reticular y lograr asimetría hacia la izquierda o la derecha según se requiera. Estas nanobarras, dispuestas en forma de película, han demostrado capacidades de detección excepcionales para la polarización circular, eliminando la necesidad de dispositivos auxiliares como filtros polarizadores.
Resultados de las nanobarras de selenio
El dispositivo fabricado por el equipo ha confirmado la capacidad de detectar CPL en un rango que va de 180 nm (ultravioleta) hasta 2500 nm (infrarrojo de onda corta). Los resultados muestran un índice destacado de asimetría de fotorrespuesta de hasta 0,4, lo que refleja precisión en la distinción de direcciones de polarización sin componentes adicionales.
Esta tecnología también destaca por su estabilidad. Los dispositivos de nanopelícula de selenio mantuvieron su rendimiento sin alteraciones durante más de 13 meses de exposición al aire, lo que respalda su potencial en aplicaciones ópticas basadas en inorgánicos.
En cuanto a la caracterización de la quiralidad en los materiales, una nueva técnica de mapeo óptico, conocida como Raman bidimensional (2D ROA), ha permitido visualizar y medir de manera cuantitativa cómo la estructura quiral de las nanopelículas de selenio se distribuye a lo largo de la película como un mapa.
El desarrollo del material y el método de síntesis empleados son también respetuosos con el ambiente, ya que el proceso se realiza a temperatura ambiente y sin productos químicos peligrosos. Esto posibilita experimentos más seguros y sostenibles en el área de los materiales semiconductores ópticos.