El láser de fotones, predicho por Albert Einstein en 1915, funcionó por primera vez a mediados del siglo pasado. Desde entonces, esta tecnología ha encontrado una gran variedad de aplicaciones tanto científicas como tecnológicas en múltiples áreas.

Por otro lado, aunque el concepto de ‘láser de sonido’ se predijo casi al mismo tiempo, hasta ahora solo se han encontrado algunas ligeras aplicaciones. Ninguna de ellas ha alcanzado la madurez tecnológica.

Afortunadamente, un equipo de científicos ha introducido un nuevo enfoque para la generación láser de fonones (o de sonido).

La investigación, realizada por científicos del Instituto Balseiro, Centro Atómico Bariloche (Argentina) y el Instituto Paul-Drude (Alemania), fue publicada en Nature Communicatios.

Láseres

Para tener una idea más clara, iniciemos definiendo qué es un láser de luz. El láser es la emisión de un haz de luz colimado con una longitud de onda (color) y fase bien definidas. Es el proceso de autoorganización por el cual se pueden producir partículas de luz idénticas (fotones).

Un fenómeno similar puede conducir a la generación de vibraciones coherentes: un láser de fonon, donde fonon es, en analogía a los fotones, la partícula cuántica del sonido.

Se dice que dos fuentes de onda son coherentes si su frecuencia (o longitud de onda) y forma de onda son idénticas. Además, es necesario que su diferencia de fase sea constante.

Láser de fonones

El novedoso método del actual estudio propone generar vibraciones coherentes en el rango de las decenas de GHz utilizando estructuras semiconductoras.

Curiosamente, este enfoque para la generación de fonones coherentes se basa en otra de las predicciones de Einstein: la del quinto estado de la materia. Este es el condensado de Bose-Einstein (BEC) de partículas de materia ligera acopladas (polaritones).

Para lograrlo, el equipo hace uso de algo que ya se usa para producir láseres de fotones: los espejos de microcavidad (DBR). Estos, además de reflejar la luz, también pueden reflejar ondas mecánicas, como el sonido, en un rango específico de longitudes de onda.

Si la reflexión de fotones por los DBR proporciona las condiciones para generar polaritones, la reflexión de fonones conduce a una acumulación de la población de fonones.

Una característica esencial del diseño es la estimulación de los fonones mediante un emisor de luz interno monocromático y de alta intensidad, el polaritón BEC, que puede excitarse no solo óptica sino también eléctricamente.

Los láseres de fonones tienen una gran variedad de aplicaciones. Entre ellas encontramos el control coherente de haces de luz, emisores cuánticos, y puertas en dispositivos de comunicación e información cuántica.