Tecnología de la luz: el Li-Fi, cada vez más cerca

En el estudio, Harry Atwater, profesor de Física Aplicada y Ciencia de los Materiales, y sus coautores detallan cómo utilizaron tres capas de átomos de fósforo para crear un material para polarizar la luz que es sintonizable, preciso y extremadamente delgado.

El material está diseñado por medio del llamado fósforo negro, que es parecido en muchos aspectos al grafito o grafeno; estas son formas de carbono en capas de un solo átomo de espesor. Pero mientras que las capas de grafeno son perfectamente planas, las capas de fósforo negro poseen nervaduras, como la textura de un par de pantalones de pana o cartón corrugado. (El fósforo también viene en formas rojas, blancas y violetas, diferentes a raíz de la disposición de los átomos dentro de él).

Esa estructura cristalina, dice Atwater, hace que el fósforo negro tenga propiedades ópticas significativamente anisotrópicas. "La anisotropía significa que depende del ángulo", puntualizan en un comunicado. "En un material como el grafeno, la luz se absorbe y se refleja por igual sin importar el ángulo en el que esté polarizada. El fósforo negro es muy diferente en el sentido de que si la polarización de la luz se alinea a lo largo de las corrugaciones, tiene una respuesta muy diferente a la de está alineado perpendicularmente a las corrugaciones".

Cuando la luz polarizada es guiada por medio de las corrugaciones en fósforo negro, interactúa con el material de forma distinta que cuando se orienta a lo largo de las corrugaciones, algo así como la forma en que es más fácil frotar la mano a lo largo de las costillas en pana que frotarla a través de ellas.

No obstante, muchos materiales tienen la capacidad de polarizar la luz, y esa capacidad por sí sola no es especialmente útil. Lo que hace especial al fósforo negro, dice Atwater, es que también consiste en un semiconductor, un material que conduce la electricidad mejor que un aislante, como el vidrio, pero no tan bien como un metal como el cobre. El silicio de los microchips es un ejemplo de semiconductor. Y así como las estructuras chicas construidas con silicio pueden controlar el flujo de electricidad en un microchip, las estructuras construidas con fósforo negro tienen la capacidad de controlar la polarización de la luz cuando se les aplica una señal eléctrica.

"Estas pequeñas estructuras están haciendo esta conversión de polarización", dice Atwater, "así que ahora puedo hacer algo que sea muy delgado y sintonizable, y en la escala nanométrica. Podría hacer una matriz de estos pequeños elementos, cada uno de los cuales puede convertir la polarización en un estado de polarización reflejada diferente ".

Mejora en pantallas LCD

La tecnología de pantalla de cristal líquido (LCD) que tiene lugar en las pantallas de los teléfonos y televisores ya tiene algunas de esas capacidades, pero la tecnología de fósforo negro tiene el de adelantarse mucho. Los "píxeles" de una matriz de fósforo negro podrían ser 20 veces más diminutos que los de las pantallas LCD, pero responder a las entradas un millón de veces más rápido.

Estos ritmos no son necesarias para ver una película o leer un artículo en línea, pero podrían revolucionar las telecomunicaciones, manifiesta Atwater. El cable de fibra óptica por medio del cual se envían las señales de luz en los dispositivos de telecomunicaciones es limitado a la hora de transmitir señales antes de que empiecen a interferir y abrumarse entre sí, confundiéndolas ( como una imagen tratando de escuchar lo que dice un amigo en un bar abarrotado y ruidoso) . Pero un dispositivo de telecomunicaciones basado en capas delgadas de fósforo negro tendría la capacidad de sintonizar la polarización de cada señal para que ninguna interfiera entre sí. Esto permitiría que un cable de fibra óptica transportara muchos más datos de los que tiene ahora.

¿Chau wifi?

Atwater asegura que la tecnología también podría abrir la puerta a un reemplazo basado en luz para Wi-Fi, algo a lo que los investigadores en el campo se refieren como Li-Fi.

"Cada vez más, analizaremos las comunicaciones por ondas de luz en el espacio libre", indica. "Una iluminación como esta lámpara de aspecto muy atractivo sobre mi escritorio no transmite ninguna señal de comunicación. Solo proporciona luz. Pero no hay ninguna razón por la que no pueda sentarse en un futuro Starbucks y hacer que su computadora portátil reciba una señal de luz para su conexión inalámbrica en lugar de una señal de radio. Aún no está aquí, pero cuando llegue, será al menos cien veces más rápido que Wi-Fi".