Dimensiones sintéticas para entender mejor las leyes del universo

Fotónica - FLICKR

   MADRID, 31 Ene. (EUROPA PRESS) -

   Los humanos experimentan el mundo en tres dimensiones, pero una colaboración en Japón ha creado una forma de crear dimensiones sintéticas para comprender mejor las leyes básicas del Universo.

   Estas dimensiones de diseño podrían aplicarse a las tecnologías avanzadas, según anuncian los investigadores en la revista 'Science Advances'.

   "El concepto de dimensionalidad se ha convertido en los últimos años en un elemento central en diversos campos de la física y la tecnología contemporáneas", explica el autor del artículo, Toshihiko Baba, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Nacional de Yokohama.

   Aunque las investigaciones sobre materiales y estructuras de baja dimensión han sido fructíferas, los rápidos avances en topología han descubierto una mayor abundancia de fenómenos potencialmente útiles en función de la dimensionalidad del sistema, incluso más allá de las tres dimensiones espaciales disponibles en el mundo que nos rodea".

   La topología se refiere a una extensión de la geometría que describe matemáticamente espacios con propiedades que se conservan en la distorsión continua, como la torsión de una banda de mobius.

   Cuando se combinan con la luz, según Baba, estos espacios físicos pueden dirigirse de una manera que permite a los investigadores inducir fenómenos muy complicados.

   En el mundo real, desde una línea hasta un cuadrado o un cubo, cada dimensión proporciona más información, así como requiere más conocimientos para describirla con precisión.

   En la fotónica topológica, los investigadores pueden crear dimensiones adicionales de un sistema, lo que permite más grados de libertad y la manipulación multifacética de propiedades antes inaccesibles.

   "Las dimensiones sintéticas han permitido explotar conceptos de mayor dimensión en dispositivos de menor dimensión con una complejidad reducida, así como impulsar funcionalidades críticas de los dispositivos, como el aislamiento óptico en el chip", añade.

   Los investigadores fabricaron una dimensión sintética en un resonador de anillo de silicio, utilizando el mismo enfoque empleado para construir semiconductores de óxido metálico complementarios (CMOS), un chip de ordenador que puede almacenar cierta memoria.

   Un resonador en anillo aplica guías para controlar y dividir las ondas de luz según parámetros específicos, como anchos de banda concretos.

   Según Baba, el dispositivo fotónico con resonador de anillo de silicio adquirió un espectro óptico "en forma de peine", dando lugar a modos acoplados correspondientes a un modelo unidimensional.

   En otras palabras, el dispositivo produjo una propiedad medible -una dimensión sintética- que permitió a los investigadores inferir información sobre el resto del sistema.

   Aunque el dispositivo desarrollado consta de un anillo, se podrían apilar más para obtener efectos en cascada y caracterizar rápidamente las señales de frecuencia óptica.

   Según Baba, su plataforma, incluso con anillos apilados, es mucho más pequeña y compacta que los enfoques anteriores, que empleaban fibras ópticas conectadas a varios componentes.

   "Una plataforma de chip fotónico de silicio más escalable supone un avance considerable, ya que permite que la fotónica con dimensiones sintéticas se beneficie de la madura y sofisticada caja de herramientas de fabricación comercial de CMOS, al tiempo que crea los medios para que los fenómenos topológicos multidimensionales se introduzcan en nuevas aplicaciones de dispositivos", afirma.

   La flexibilidad del sistema, incluida la capacidad de reconfigurarlo según sea necesario, complementa los espacios estáticos equivalentes en el espacio real, lo que podría ayudar a los investigadores a eludir las limitaciones dimensionales del espacio real para comprender fenómenos incluso más allá de las tres dimensiones, según Baba.

   "Este trabajo muestra la posibilidad de que la fotónica de dimensión topológica y sintética pueda utilizarse de forma práctica con una plataforma de integración fotónica de silicio --subraya--. A continuación, planeamos reunir todos los elementos fotónicos de dimensión topológica y sintética para construir un circuito integrado topológico".