Avance cuántico en óptica

Los científicos han logrado un importante avance en óptica. Utilizando materiales cuánticos, han confirmado experimentalmente por primera vez la generación de armónicos de alto orden (HHG) en el rango de los terahercios (THz), incluyendo frecuencias pares. Esto era imposible hasta ahora debido a la simetría de la mayoría de los materiales.

La generación de armónicos de alto orden (HHG) permite la conversión de luz a frecuencias más elevadas, abriendo el acceso a partes del espectro electromagnético que de otro modo serían inaccesibles. El grafeno ha sido durante mucho tiempo un candidato prometedor, pero debido a su perfecta simetría, solo produce armónicos impares.

En el estudio, publicado en Light: Science & Applications, un equipo liderado por la profesora Miriam Serena Vitiello utilizó aislantes topológicos (IT), materiales que conducen la electricidad en su superficie pero son aislantes en su interior. Poseen propiedades cuánticas únicas debido a un fuerte acoplamiento espín-órbita y a la simetría de inversión temporal.

Los investigadores utilizaron nanoestructuras de resonadores de anillo dividido (SRR) y las combinaron con capas delgadas de Bi₂Se₃ y heteroestructuras de (InₓBi₁₋ₓ)₂Se₃. Mediante un láser de cascada cuántica de THz de 2,5 W, lograron la amplificación de la luz y observaron la generación de armónicos de alto orden (HHG) a 6,4 THz (pares) y 9,7 THz (impares).

Los resultados confirman las predicciones teóricas y permiten el desarrollo de fuentes de luz de terahercios compactas, sensores y componentes optoelectrónicos ultrarrápidos. Este progreso demuestra el gran potencial de los materiales cuánticos para las tecnologías del futuro, entre las que destacan las comunicaciones, la imagen médica y, por supuesto, la computación cuántica.