¿Qué es la nanofotónica y cuáles son sus principales aportaciones?

El pasado enero, la ministra de Ciencia, Innovación y Universidades, Diana Morant, visitó el Centro de Tecnología Nanofotónica de la UPV. Este evento se debió a que dicho centro recibió un aporte de 2 millones de euros con el fin de reforzar su capacidad para la fabricación de chips fotónicos dentro del programa europeo PERTE chip.

Estos microcircuitos los utilizamos en muchas industrias de distintos sectores productivos e, incluso, en ciberseguridad. Por esta razón, siempre estamos pendientes de los avances de nuestros investigadores más punteros: más pronto que tarde nos beneficiaremos de su trabajo. Os hablamos de esta nanotecnología.

¿En qué consiste la nanofotónica?

De un modo sencillo, podemos definirla como la ciencia que estudia las interacciones entre la luz y la materia a escala nanométrica. Además, al igual que ocurre con otras nanotecnologías, también se dedica a la fabricación de nanoestructuras que procesan ondas de luz. Por tanto, hablamos de una disciplina con un fuerte componente teórico, pero a la vez, con infinidad de aplicaciones.

Como bien sabéis, la interacción de la luz con la materia puede ocasionar tres fenómenos diferentes: la reflexión, la transmisión y la absorción. De los dos primeros, se ocupa muy bien la Óptica y la teoría ondulatoria clásica. Sin embargo, la absorción es más compleja a pesar de que, gracias a ella, distinguimos los colores, por ejemplo, en la escala macroscópica.

El plasmón polaritón de superficie (PPS) o plasmón de superficie (PS)

A nivel de fotones, la absorción significa que su energía se ha cedido a otras partículas, como los electrones. A su vez, mediante distintos procesos, se puede transformar en reemisión de otros fotones, en calor, en fonón y en plasmón.

Así, el plasmón constituye la cuantización de las oscilaciones de plasma en escalas nanométricas. Es imprescindible para la comprensión de la interacción entre la luz y la materia a estos niveles.

En esta línea y en el caso particular de la interfaz formada por un metal y un dieléctrico, este plasmón recibe el nombre de plasmón polaritón de superficie o PPS. Es un concepto relevante, ya que las propiedades ópticas de los sistemas nanoestructurados están dominadas por los efectos en superficie.

Tipos de nanoestructuras

Se clasifican en tres grupos:

Nanoestructuras semiconductoras: El logro más significativo es que se han conseguido longitudes de onda iguales a las de emisión con solo variar el tamaño de la nanopartícula y con un único material. De este modo, permiten diseñar nuevos amplificadores ópticos con un amplio ancho de banda. La razón es porque cada nanopartícula actúa como amplificador. Tampoco podemos ignorar que han permitido informar de una gran variedad de compuestos gracias al coloreado fluorescente en la región visible del espectro. Esta importante capacidad está siendo vital a la hora de detectar células cancerígenas.
Nanocristales dieléctricos: Se trata de compuestos óxidos con una banda de energía muy ancha. En principio, podría parecer que requiere altas dosis de energía para emisiones que aparecerían débiles. Sin embargo, no es así. Combinando adecuadamente los componentes se logran buenos emisores de luz con mucha estabilidad.
Nanoestructuras metálicas: Esparcen y absorben la luz reflejada. Al inyectar una señal óptica en la nanoestructura se producen bandas de resonancia o plasmones localizados. Su aplicación más relevante es la espectroscopia Raman de superficie mejorada. Con ella, se consigue amplificar este espectro de cualquier componente próximo a la superficie metálica.

¿Qué beneficios proporciona?

Se resumen en tres:

Minimiza el consumo de energía eléctrica de todos los equipos electrónicos.
Permite reducir el tamaño de los dispositivos, gracias al uso de las nanotecnologías en la fabricación de componentes, como los chips fotogénicos del Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia.
Aumenta las velocidades de transmisiones al incrementar los anchos de banda.

El ahorro de energía es significativo si consideráis la nanofotónica

Nada más que con estas tres ventajas es fácil deducir lo que supone para la domótica y el IoT. Por supuesto, tampoco podemos ignorar la buena relación entre costes y beneficios a nivel empresarial con los importantes ahorros que proporciona. Para las empresas, supone un incremento de productividad, competitividad y rentabilidad a un precio menor. Y todo ello, dentro de un mundo mucho más sostenible y cuidadoso con el medioambiente. De hecho, ya se habla de inteligencia ambiental cuando hablamos del uso generalizado de las nanotecnologías.

Por otro lado, además de su valiosa aportación para la detección del cáncer, en el mundo farmacéutico, permitirá la medicación personalizada para cada paciente.

Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia

Los centros de investigación o los institutos universitarios constituyen el mejor vehículo para conectar la vida universitaria con las necesidades de la empresa y la sociedad. Por esta razón, siempre prestamos especial atención a sus logros. Sabemos que, de un modo u otro, nos acabarán alcanzando.

Este centro adscrito a la UPV nació con esa vocación de transferir esta tecnología a la industria. Para ello, cuenta con diferentes líneas de investigación que van desde el estudio de los materiales hasta la fabricación de nanoestructuras fundamentadas en guías de alto contraste y cristales fotónicos planares. Todo eso con una especial dedicación al silicio y las funciones que actualmente desempeña.

En consecuencia, los avances de este centro encuentran aplicación en diferentes campos, como las telecomunicaciones, en los sistemas de radio, en defensa o en sensores, entre otras cosas.

Además de la labor investigadora y de fabricación de nanomateriales, también presta servicios a empresas tecnológicas o a aquellas que lo necesiten. En concreto, dan servicios de nanofabricación de estructuras en obleas de silicio. Cuentan con mucha experiencia en el diseño de sistemas fotónicos para la fabricación de dispositivos ópticos, como filtros, sensores, acopladores, compensadores de dispersión, etc.

Así pues, la nanofotónica es una de esas tecnologías que ya está dando mucho que hablar y que procurará un importante ahorro a nuestras pymes, reduciendo los gastos en suministros y también el tamaño de los dispositivos. Por otra parte, al acelerar la velocidad de los equipos, se incrementa la productividad y, con ella, la rentabilidad de nuestras empresas. Si os interesa manteneros al día con estos temas, consultad nuestra agenda.