Los láseres de plasmones o spasers

Hace tan solo 10 años, cuando un físico confesaba que trabajaba en plasmones, todos le miraban como un bicho raro. ¡Plasmones, no habrá cosas mucho más útiles en las que trabajar! Algunos cambiaron de opinión cuando en 2003 se publicó la idea teórica del láser de plasmones o spaser (SPASER es el acrónimo de “Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation”). Otros no. ¡Estos teóricos ya no saben que inventar! El gran problema del láser es el límite impuesto por la difracción de la luz que impide concentrar la luz en espacios más pequeños que la mitad de su longitud de onda. Los plasmones superficiales son oscilaciones electrónicas colectivas en una interfaz metal-dieléctrico con una longitud de onda mucho menor que la de la luz que los excita o de la luz que emiten. Un láser de plasmones podría superar la barrera de la difracción. Todavía nadie ha logrado fabricar un spaser, pero muchos nanotecnólogos lo está tratando. Una fuente nanométrica de luz coherente promete infinidad de aplicaciones. Nos lo contó Volker J. Sorger, Xiang Zhang, “Spotlight on Plasmon Lasers,” Science 333: 709-710, 5 August 2011.

El primer intento experimental serio de lograr un spaser fue el “dedo láser de oro” que se publicó en Nature Photonics en 2007 (Martin T. Hill et al., “Lasing in metallic-coated nanocavities,” Nature Photonics 1: 589 – 594, 2007; gratis aquí). Una heteroestructura semiconductora (dispositivo formado por varias capas de materiales en forma de sandwich) recubierta por una delgada capa de oro que se comportaba como un láser (convencional) cuando recibía una corriente de electrones. No se trataba de un dispositivo plasmónico, por lo que estaba limitado por la difracción, pero fue el punto de partida para desarrollar el primer nanoláser plasmónico en 2009 (Martin T. Hill et al., “Lasing in metal-insulator-metal sub-wavelength plasmonic waveguides,” Optics Express 17: 11107-11112, 2009; gratis aquí también). Este nanoláser utilizaba plata en lugar de oro y tenía enormes pérdidas por lo que solo funcionaba a temperaturas criogénicas (la mayoría de los resultados del artículo eran para 78 Kelvin).

El primer spaser que se publicó con tal nombre, en Nature, utilizó un enfoque diferente, nanopartículas esféricas de 40 nm con un núcleo de oro de 14 nm que se encontraban en suspensión coloidal en agua. Al bombear estas nanopartículas con luz láser, se excitaban plasmones localizados en su superficie metálica. El gran problema de este spaser es lo difícil que es implementar conexiones electrónicas con él. Además, la emisión óptica de este spaser era casi omnidireccional (algo que se puede mitigar).

Ya se han publicado otras variantes, pero aún podemos considerar estos éxitos como preliminares (aunque muy interesantes). ¿Son los spasers versiones nanométricas de los láseres convencionales? En principio no, ya que los mecanismos físicos de un láser de plasmones son diferentes. ¿Qué aplicaciones se esperan para los spasers? Como los láseres de plasmones son de tamaño muy pequeño y muy rápidos ofrecen gran números de aplicaciones. Por ejemplo, en sistemas de computación completamente ópticos (integrados en chips fotónicos ultrarrápidos, como sustitutos de los chips electrónicos convencionales) para incrementar la velocidad y funcionalidad de las redes de comunicaciones. Por su pequeño tamaño, casi molecular, se auguran aplicaciones de diagnóstico en biomedicina de ultraalta resolución. También pueden servir para sistemas de almacenamiento de datos, tanto ópticos como magnéticos, cuya capacidad de integración extrema les haría no tener competencia en el mercado de la electrónica de consumo.

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