Aconsegueixen fer servir llum per controlar dispositius de sistemes intel·ligents
La possibilitat de controlar dispositius electrònics només mitjançant llum ja està més a prop. Un equip liderat per investigadors de la UPC i del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) ha aconseguit un avanç que podria servir per controlar sistemes intel·ligents mitjançant llum i sense contacte.
07/02/2018
La investigació ha demostrat la possibilitat de deformar controladament l'estructura cristal·lina d'un material ferroelèctric (fonamental quan es necessita transformar l'energia; per exemple, a partir d'energia mecànica generar energia elèctrica o viceversa) mitjançant l'aplicació d'una llum visible de baixa potència. L'estudi, que es publica a la revista Nature Photonics, mostra per primera vegada la possibilitat de controlar aquests dispositius mitjançant l'ús de llum (un camp combinat electromagnètic).
"L'avanç en el control òptic de la polarització macroscòpica estableix les bases d'una nova generació de dispositius tecnològics per a la seva incorporació en computació quàntica, dispositius ultraràpids i energia que fins ara no eren possibles”, assenyala el professor José Francisco Fernández, de l'Institut de Ceràmica i Vidre, del CSIC. "En aquest sentit, serà possible dissenyar commutadors mil vegades més ràpids o transmetre energia elèctrica a distància sense emprar cables", afegeix.
Els sistemes intel·ligents combinen capacitat computacional i cognitiva (cervell) que requereix interacció amb el seu entorn (sentits i músculs). Els materials intel·ligents es basen en materials que poden commutar de forma reversible entre dos estats. Aquests materials, denominats ‘ferroics’, són els elements fonamentals emprats com a sensors i actuadors; per exemple en l'emmagatzematge d'informació.
Els materials ‘ferroics’ més emprats presenten resposta ferromagnètica (responen a camps magnètics) i ferroelèctrica (responen a camps elèctrics). Tots dos es caracteritzen per la presència de regions generalment nanomètriques denominades ‘dominis’, que al seu torn estan separades per finíssimes capes anomenades parets de dominis. El control dinàmic de les parets de domini es realitza mitjançant l'aplicació de camps magnètics o elèctrics. Aquests camps requereixen situar-se pròxims al material, en el cas de camps magnètics, o fins i tot en contacte físic en el cas de camps elèctrics.
"Hem demostrat la possibilitat de sintonitzar la polarització macroscòpica i les seves propietats relacionades per mitjà de llum polaritzada i de forma reversible, fet que suposa un control extern sense contacte", detalla el professor José Eduardo García, del Departament de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). "Aquest sorprenent efecte ha pogut ser observat in-situ mitjançant la utilització de difracció de raigs X d'alta resolució de radiació sincrotró", afegeix aquest investigador que ha treballat el projecte en el Laboratori de Materials Piezoelèctrics (CEMAD).
El següent pas és considerar les implicacions dels resultats per a futures aplicacions nanotecnològiques. "Esperem que la commutació de la polarització elèctrica impulsada mitjançant llum podrà competir amb la commutació convencional de polarització elèctrica per un camp elèctric", segons explica Fernando Rubio-Marcos, investigador contractat del CSIC a l'Institut de Ceràmica i Vidre.
"L'avanç en el control òptic de la polarització macroscòpica estableix les bases d'una nova generació de dispositius tecnològics per a la seva incorporació en computació quàntica, dispositius ultraràpids i energia que fins ara no eren possibles”, assenyala el professor José Francisco Fernández, de l'Institut de Ceràmica i Vidre, del CSIC. "En aquest sentit, serà possible dissenyar commutadors mil vegades més ràpids o transmetre energia elèctrica a distància sense emprar cables", afegeix.
Els sistemes intel·ligents combinen capacitat computacional i cognitiva (cervell) que requereix interacció amb el seu entorn (sentits i músculs). Els materials intel·ligents es basen en materials que poden commutar de forma reversible entre dos estats. Aquests materials, denominats ‘ferroics’, són els elements fonamentals emprats com a sensors i actuadors; per exemple en l'emmagatzematge d'informació.
Els materials ‘ferroics’ més emprats presenten resposta ferromagnètica (responen a camps magnètics) i ferroelèctrica (responen a camps elèctrics). Tots dos es caracteritzen per la presència de regions generalment nanomètriques denominades ‘dominis’, que al seu torn estan separades per finíssimes capes anomenades parets de dominis. El control dinàmic de les parets de domini es realitza mitjançant l'aplicació de camps magnètics o elèctrics. Aquests camps requereixen situar-se pròxims al material, en el cas de camps magnètics, o fins i tot en contacte físic en el cas de camps elèctrics.
"Hem demostrat la possibilitat de sintonitzar la polarització macroscòpica i les seves propietats relacionades per mitjà de llum polaritzada i de forma reversible, fet que suposa un control extern sense contacte", detalla el professor José Eduardo García, del Departament de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). "Aquest sorprenent efecte ha pogut ser observat in-situ mitjançant la utilització de difracció de raigs X d'alta resolució de radiació sincrotró", afegeix aquest investigador que ha treballat el projecte en el Laboratori de Materials Piezoelèctrics (CEMAD).
El següent pas és considerar les implicacions dels resultats per a futures aplicacions nanotecnològiques. "Esperem que la commutació de la polarització elèctrica impulsada mitjançant llum podrà competir amb la commutació convencional de polarització elèctrica per un camp elèctric", segons explica Fernando Rubio-Marcos, investigador contractat del CSIC a l'Institut de Ceràmica i Vidre.
Article de referència:
- Fernando Rubio-Marcos, Diego A. Ochoa, Adolfo Del Campo, Miguel A. García, Germán R. Castro, José F. Fernández, and José E. García. 'Reversible optical control of macroscopic polarization in ferroelectrics'. Nature Photonics. DOI: 10.1038/s41566-017-0068-1