Nanofotonica

NanoFotónica: hacia el control sub-micrométrico de la luz
La nanofotónica es la disciplina científico técnica que tiene por objeto el estudio de la generación, control y detección de luz en escalas similares o menores que su propia longitud de onda y el estudio de la interacción con la materia a escala nanométrica. En particular sus objetivos y retos más importantes tienen que ver con losfenómenos en que el campo de radiación electromagnética o bien la materia están confinados en tamaños del rango nanométrico. En este campo han surgido con fuerza varias áreas de investigación tendentes a explicar, predecir y aplicar dichos fenómenos y de entre ellos destacaremos los cristales fotónicos, la magneto-fotónica y la plasmónica.
Alvaro Blanco

Cefe López

Instituto de Ciencia deMateriales de Madrid (CSIC) |   |
Gaspar Armelles

Instituto de Microelectrónica de Madrid (CSIC) |   |
F.J. García Vidal

Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada
Universidad Autónoma de Madrid | |

1. Introducción
La denominada era de la información que actualmente vivimos es producto de la revolución tecnológica derivada del fuerte desarrollo de la microelectrónica en lasúltimas décadas. Dicho desarrollo se ha basado principalmente en el transistor como componente básico y se ha puesto de manifiesto por la miniaturización de los componentes electrónicos ya que en el espacio de tiempo de unos años hemos pasado de circuitos milimétricos a micrométricos (mil veces más pequeños que un milímetro) y a nanométricos (un millón de veces más pequeños). Este progreso hapropiciado la integración en microchips de cantidades ingentes de transistores y con ello la dificultad de disipar grandes cantidades de energía. Ésta, en forma térmica, se origina principalmente por las corrientes usadas como portadores de información entre componentes del microchip y ha estimulado la búsqueda de formas alternativas de transmisión de información. Aquí entra en juego la nanofotónica queintenta dar solución a este y otros problemas por medio del uso de la luz como portador de información. Si sustituyéramos los cables de cobre dentro de los chips por conductos fotónicos no sólo evitaríamos en buena medida la disipación térmica en los componentes pasivos del chip sino que podríamos alejar y favorecer la disipación en los componentes activos. Si a esto añadimos que las fuentes deluz pueden ser integradas en los propios chips (microláseres) y que los componentes fotónicos pueden ser dotados de funciones activas y de control (lógica fotónica) el futuro de la fotónica (electrónica asistida por fotónica) es sin duda brillante. Todas estas soluciones son objeto de intensa investigación hoy día y no sólo ofrecen soluciones a la electrónica, que las demanda fuertemente, sino aotros frentes tecnológicos como sensores y, un paso más allá la fotónica molecular que supone la miniaturización máxima.

De entre todos estos componentes que pueden tener su fundamento en la fotónica resaltamos tres ejemplos paradigmáticos. Los cristales fotónicos pueden ser la nueva materia prima para fabricar circuitos fotónicos. Esto incluye tanto fuentes láser de tamaño submicrométrico comocanales de conducción (guías ópticas) como componentes lógicos (amplificadores, transistores fotónicos etc.). La magneto-fotónica que puede proveer herramientas de control de luz así como de detección. Y, finalmente, la plasmónica que hace uso de los metales para la alta concentración de luz en volúmenes de dimensiones menores que la longitud de onda, para transportar luz por la superficienano-estructurada de un metal o para ayudar a transmitir luz a través de agujeros muy pequeños en comparación con su longitud de onda.
2. Cristales fotónicos
Los actuales circuitos electrónicos y el procesado de información están basados en el estricto control de las propiedades de transporte de carga, de las corrientes, en el interior de estas estructuras. Entre otras cosas, dicho control depende de...