Un equipo cient铆fico del Grupo de Investigaci贸n en Aplicaciones del L谩ser y Fot贸nica de la Universidad de Salamanca (USAL) ha liderado una investigaci贸n internacional que ha demostrado por primera vez que la luz puede forzar una torsi贸n sobre s铆 misma en ausencia de fuerzas externas, una propiedad nunca antes vista hasta ahora.
De izquierda a derecha, los investigadores de la Universidad de Salamanca Luis Plaja, Carlos Hern谩ndez Garc铆a y Julio San Rom谩n, y la investigadora Laura Rego. / Sergio Manzano
Los resultados del estudio, desarrollado en colaboraci贸n con la Universidad de Colorado y el Instituto de Ciencias Fot贸nicas de Castelldefels (ICFO), acaban de ser publicados por Science y abren nuevas v铆as para la experimentaci贸n b谩sica en torno a las din谩micas de las interacciones entre la luz y la materia.
“Lo m谩s destacable de este trabajo es que hemos generado haces de luz con una nueva propiedad, el torque de la luz”, se帽alan los autores. Hasta la fecha se conoc铆a que los haces de luz pod铆an ser creados con torsi贸n, es decir, con una estructura en forma de remolino alrededor de su eje de propagaci贸n. Los ‘v贸rtices de luz’ –como se conoce a los haces de luz con torsi贸n– son an谩logos a los torbellinos que forma el viento y, al igual que estos, son capaces de ejercer fuerzas de rotaci贸n sobre los materiales.
El nuevo tipo de haz de luz posee, adem谩s, la propiedad de acelerar su torsi贸nen el tiempo, como un remolino que acelerase su rotaci贸n. No s贸lo gira por s铆 mismo, sino que, tambi茅n es “capaz de aumentar la velocidad de su giro sin ayuda externa, auto aceler谩ndose”, subrayan los autores. Son, por lo tanto, v贸rtices que ejercen sobre s铆 mismos un torque, es decir, luz con auto-torque.
La propiedad de auto inducirse un giro ha podido ser observada en otros sistemas f铆sicos. No obstante, los cient铆ficos la definen como “algo ex贸tico” que “nunca hasta este momento se hab铆a observado en luz”, remarcan.
Posibilidad de transferir giros a la materia
Los v贸rtices de luz tienen aplicaciones interesantes en diferentes 谩mbitos de la tecnolog铆a, si bien todav铆a a nivel experimental. Quiz谩s la m谩s relevante en relaci贸n con el estudio publicado es “la posibilidad de transferir giros a la materia”, apuntan desde el Grupo ALF-USAL.
La luz con auto-torque es potencialmente 煤til para comunicar aceleraciones angulares (giros) en corrientes, por ejemplo, dentro de materiales conductores. Dado que los haces que se han producido son de alta frecuencia, se sugieren aplicaciones de este tipo en estructuras materiales nanosc贸picas.
Se trata, por todo ello, de una nueva herramienta para estudiar la din谩mica de las interacciones entre la luz y la materia, en la escala micro y nanosc贸pica. El dominio de la din谩mica a estas escalas, mediante herramientas como los haces con torque, “es un paso fundamental para el desarrollo de la tecnolog铆a del futuro”, concluyen los cient铆ficos.
Colaboraci贸n internacional liderada por Salamanca
El estudio es fruto de la colaboraci贸n internacional liderada por los investigadores Laura Rego, Carlos Hern谩ndez Garc铆a, Luis Plaja y Julio San Rom谩n del Grupo de Investigaci贸n en Aplicaciones del L谩ser y Fot贸nica de la USAL, junto a cient铆ficos de la Universidad de Colorado y el ICFO.
En la Universidad de Salamanca se desarroll贸 el concepto de torque de la luz y gracias a sus simulaciones te贸ricas dise帽aron c贸mo generar, medir y controlar estos haces de luz.
Por su parte, los colaboradores de la Universidad de Colorado realizaron el experimento confirmando las predicciones te贸ricas y generando, de esta manera, por primera vez, haces de luz con auto-torque.
Adem谩s, los investigadores del ICFO ayudaron a a analizar y comprender las propiedades de estos nuevos haces de luz, mientras que las simulaciones num茅ricas.
Referencia bibliogr谩fica:
Laura Rego, Kevin M. Dorney, Nathan J. Brooks, Quynh L. Nguyen, Chen-Ting Liao, Julio San Rom谩n, David E. Couch, Allison Liu, Emilio Pisanty, Maciej Lewenstein, Luis Plaja, Henry C. Kapteyn, Margaret M. Murnane, Carlos Hern谩ndez-Garc铆a. “Generation of extreme-ultraviolet beams with time-varying orbital angular momentum”. Science (27 de julio, 2019) DOI: 10.1126/science.aaw9486
De izquierda a derecha, los investigadores de la Universidad de Salamanca Luis Plaja, Carlos Hern谩ndez Garc铆a y Julio San Rom谩n, y la investigadora Laura Rego. / Sergio Manzano
Los resultados del estudio, desarrollado en colaboraci贸n con la Universidad de Colorado y el Instituto de Ciencias Fot贸nicas de Castelldefels (ICFO), acaban de ser publicados por Science y abren nuevas v铆as para la experimentaci贸n b谩sica en torno a las din谩micas de las interacciones entre la luz y la materia.
“Lo m谩s destacable de este trabajo es que hemos generado haces de luz con una nueva propiedad, el torque de la luz”, se帽alan los autores. Hasta la fecha se conoc铆a que los haces de luz pod铆an ser creados con torsi贸n, es decir, con una estructura en forma de remolino alrededor de su eje de propagaci贸n. Los ‘v贸rtices de luz’ –como se conoce a los haces de luz con torsi贸n– son an谩logos a los torbellinos que forma el viento y, al igual que estos, son capaces de ejercer fuerzas de rotaci贸n sobre los materiales.
El nuevo tipo de haz de luz posee, adem谩s, la propiedad de acelerar su torsi贸nen el tiempo, como un remolino que acelerase su rotaci贸n. No s贸lo gira por s铆 mismo, sino que, tambi茅n es “capaz de aumentar la velocidad de su giro sin ayuda externa, auto aceler谩ndose”, subrayan los autores. Son, por lo tanto, v贸rtices que ejercen sobre s铆 mismos un torque, es decir, luz con auto-torque.
La propiedad de auto inducirse un giro ha podido ser observada en otros sistemas f铆sicos. No obstante, los cient铆ficos la definen como “algo ex贸tico” que “nunca hasta este momento se hab铆a observado en luz”, remarcan.
Posibilidad de transferir giros a la materia
Los v贸rtices de luz tienen aplicaciones interesantes en diferentes 谩mbitos de la tecnolog铆a, si bien todav铆a a nivel experimental. Quiz谩s la m谩s relevante en relaci贸n con el estudio publicado es “la posibilidad de transferir giros a la materia”, apuntan desde el Grupo ALF-USAL.
La luz con auto-torque es potencialmente 煤til para comunicar aceleraciones angulares (giros) en corrientes, por ejemplo, dentro de materiales conductores. Dado que los haces que se han producido son de alta frecuencia, se sugieren aplicaciones de este tipo en estructuras materiales nanosc贸picas.
Se trata, por todo ello, de una nueva herramienta para estudiar la din谩mica de las interacciones entre la luz y la materia, en la escala micro y nanosc贸pica. El dominio de la din谩mica a estas escalas, mediante herramientas como los haces con torque, “es un paso fundamental para el desarrollo de la tecnolog铆a del futuro”, concluyen los cient铆ficos.
Colaboraci贸n internacional liderada por Salamanca
El estudio es fruto de la colaboraci贸n internacional liderada por los investigadores Laura Rego, Carlos Hern谩ndez Garc铆a, Luis Plaja y Julio San Rom谩n del Grupo de Investigaci贸n en Aplicaciones del L谩ser y Fot贸nica de la USAL, junto a cient铆ficos de la Universidad de Colorado y el ICFO.
En la Universidad de Salamanca se desarroll贸 el concepto de torque de la luz y gracias a sus simulaciones te贸ricas dise帽aron c贸mo generar, medir y controlar estos haces de luz.
Por su parte, los colaboradores de la Universidad de Colorado realizaron el experimento confirmando las predicciones te贸ricas y generando, de esta manera, por primera vez, haces de luz con auto-torque.
Adem谩s, los investigadores del ICFO ayudaron a a analizar y comprender las propiedades de estos nuevos haces de luz, mientras que las simulaciones num茅ricas.
Referencia bibliogr谩fica:
Laura Rego, Kevin M. Dorney, Nathan J. Brooks, Quynh L. Nguyen, Chen-Ting Liao, Julio San Rom谩n, David E. Couch, Allison Liu, Emilio Pisanty, Maciej Lewenstein, Luis Plaja, Henry C. Kapteyn, Margaret M. Murnane, Carlos Hern谩ndez-Garc铆a. “Generation of extreme-ultraviolet beams with time-varying orbital angular momentum”. Science (27 de julio, 2019) DOI: 10.1126/science.aaw9486