Durante mucho tiempo se pensó que la compañía de dos y tres son una multitud. Pero los ingenieros eléctricos y de sistemas de la Universidad de Washington en St. Louis y sus colaboradores han demostrado que la adición de un tercer nanoescajero, que complementa dos dos nanoescateros "sintonizadores", a un resonador fotónicoes una fiesta de física fascinante.
Específicamente, los dos nanoescateros de sintonización colocan el resonador en un "punto excepcional", un estado especial de un sistema en el cual pueden ocurrir fenómenos inusuales. El tercer nanoescalador perturba el sistema y, como un desagradable matón del patio de recreo, más pequeño es,Cuanta más respuesta obtiene.
El equipo de la Universidad de Washington, dirigido por Lan Yang, el profesor de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas Edwin H. y Florence G. Skinner, ha logrado avances importantes recientemente en el estudio y la manipulación de la luz. El descubrimiento más reciente del equipo sobre la capacidad de detecciónde microresonadores podría tener impactos en la creación de dispositivos biomédicos, dispositivos electrónicos y dispositivos de detección de riesgo biológico.
"Es difícil detectar objetos a nanoescala, como nanopartículas", dijo Yang. "Si el objeto es muy pequeño, introduce poca perturbación en un sistema de detección. Utilizamos una característica topológica inusual asociada con puntos excepcionales de un sistema físico paramejorar la respuesta de un sensor óptico a perturbaciones muy pequeñas, como las introducidas por objetos a nanoescala. La belleza del sensor de punto excepcional es cuanto menor es la perturbación, mayor es la mejora en comparación con un sensor convencional ".
El sistema de sensores de Yang pertenece a una categoría llamada resonadores de modo de galería susurrante WGM, que funcionan como la famosa galería susurrante en la Catedral de San Pablo en Londres, donde alguien en un lado de la cúpula puede escuchar un mensaje hablado en la pared alalguien del otro lado. A diferencia del domo, que tiene resonancias o puntos dulces en el rango audible, el sensor resuena a frecuencias de luz.
"El llamado 'punto excepcional' dota a un sensor de galería susurrante con un rendimiento excepcional para detectar objetos a nanoescala, superando el de los sensores convencionales de galería susurrante", dijo Weijian Chen, un estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en el laboratorio de Yang ". Sorprendentemente, cuanto más pequeño sea el objeto de destino, mejor será el rendimiento de nuestro nuevo sensor ".
El WGM de Yang presenta dos dispersores de sílice complementarios, o nanotips, que se colocan en el cable toroidal o en forma de rosquilla, la avenida para atravesar millones de paquetes de luz llamados fotones. Estos dispositivos sintonizan varios parámetros en el sistema para influir en la función.En los sistemas de nanoposicionamiento, los investigadores pueden mover los dispersores y aumentar el tamaño e incluso introducir otro medio, una partícula de virus, por ejemplo, en el campo para perturbar el campo y señalar un punto excepcional.
En los experimentos más recientes del equipo, los dos nanoescateros de "sintonización" llevan el resonador a puntos excepcionales; la tercera partícula perturba el sistema desde sus puntos excepcionales y conduce a una división de frecuencia. Debido a la topología de raíz cuadrada muy compleja cercaUn punto excepcional, la división de frecuencia, que es la señal de detección, se representa matemáticamente como la raíz cuadrada de la intensidad de la perturbación. Es significativamente mayor que lo que se encuentra en los esquemas tradicionales de detección de puntos no excepcionales que utilizan perturbaciones muy pequeñas.
Yang y su grupo están explorando el uso del punto excepcional en los estudios de imagen fotoacústica y otros escenarios en los que buscan el desarrollo de "modos de transporte de luz no convencionales", dijo. "Deberían surgir muchas aplicaciones a partir de eso".
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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