generación de segundo armónico

Un pulso láser se clava en el cristal de Ca0.4Sr0.6CuO2 y, dentro de las cadenas de átomos de cobre y oxígeno, comienza un baile que dura menos de una millonésima de nanosegundo.

Un blanco de gas se parece a un embudo: cuanto más inclinadas son sus paredes, más fuerte es el flujo. Solo que en este embudo no fluye agua, sino luz ultravioleta, que nace cuando un potente pulso láser atraviesa una nube de argón.

En una habitación oscura, salta una chispa entre dos cables y, por un instante, se hace la luz. Los físicos han hecho algo parecido, pero un millón de veces más pequeño: en la frontera de dos cristales transparentes trazaron un camino conductor y dejaron en él una interrupción de unos pocos átomos de ancho. Cuando aplicaron un voltaje constante a esa diminuta brecha, esta comenzó a brillar.

El colágeno son las cuerdas con las que están tejidos nuestros tendones, piel y huesos. Cada "cuerda" es un haz de moléculas enrolladas en una triple hélice, como tres hilos en un cable. Hasta ahora, nadie había visto qué les ocurre a estos hilos cuando tiramos del cable.

La luz en una habitación normal desaparece al instante en cuanto apagas la lámpara. En una cavidad diminuta de nitruro de silicio, un fotón puede rebotar entre las paredes 80 000 veces antes de perderse. Es como si una pelota lanzada en una habitación rebotara en las paredes casi sin perder velocidad.

Un haz de luz normalmente viaja en línea recta, pero se puede hacer que gire alrededor de su eje, como el agua que se arremolina al desaguar. Esta luz 'vortical' transporta más información y es necesaria para comunicaciones ultrarrápidas y computación cuántica. El problema es que antes se requerían grandes lentes, espejos y un ajuste preciso: toda una mesa óptica.

Un cristal de óxido de cobre parece una piedrecita de color rojo oscuro. Pero basta con que incida en él un pulso láser corto para que en su interior nazcan pares: un electrón y un «hueco», el lugar donde falta un electrón.

Una pila de cartas de juego yace inmóvil. Puedes deslizar la carta superior con el dedo y moverla: eso es una intervención brusca. O puedes soplar suavemente para que toda la pila cambie de forma por un instante, sin que las cartas salgan volando. Así, aproximadamente, la luz en este nuevo experimento reorganiza el cristal de seleniuro de estaño (SnSe).

Una cuerda de guitarra pulsada exactamente en el centro solo produce armónicos impares. La misma prohibición se aplica en cristales simétricos: cuando la luz arranca electrones, la radiación resultante contiene solo armónicos impares. Pero los físicos han encontrado una manera de eludir esta restricción. Y sin mover un solo átomo.

El Universo suena, pero nuestro oído solo capta los graves. LIGO oye el rugido de las fusiones de agujeros negros: es el infrasonido del cosmos. Y más arriba, en los gigahercios, resuenan las flautas y violines de la gravedad primordial.

En una luz muy tenue, los fotones llegan uno a uno, como gotas de un grifo que gotea — nunca en pares. Este efecto, predicho por Roy Glauber y confirmado por Leonard Mandel, demuestra directamente que la luz está compuesta de partículas.

Un carrusel con dos tipos de asientos: unos giran en el sentido de las agujas del reloj y otros en sentido contrario. Si se empuja todo a la vez, el carrusel se sacude pero permanece en su sitio.

Dos diminutos espejos en el vacío son como patinadores en pareja. Sus oscilaciones se sincronizan mediante un hilo gravitacional invisible. Al enfriarlos a millonésimas de grado por encima del cero, ese hilo los convierte en un único vínculo cuántico: el movimiento de uno resuena instantáneamente en el otro.

Dos láminas finísimas, cada una de un solo átomo de grosor, se colocan una sobre otra y se giran ligeramente. Como dos hojas de papel de calco de colores: mientras están alineadas, la imagen es una, pero en cuanto se gira una, aparece un patrón muaré. Aquí, claro, el patrón no se ve a simple vista, pero cambia por completo la forma en que el material interactúa con la luz.

La luz, descubierta por Maxwell, se comporta de manera diferente en distintos medios. En un nuevo estudio se modeló un cristal bidimensional que absorbe luz y tiene propiedades magnéticas.

Un flash fotográfico común dura milésimas de segundo. Un pulso de attosegundos es un billón de veces más corto: en el tiempo que dura, la luz recorre una distancia menor que el tamaño de un átomo.

La luz de una bombilla o incluso de un láser común se asemeja a una multitud a la salida del metro: la gente camina desordenadamente, a veces en tropel, a veces en solitario. Los físicos llaman a este comportamiento ruido de disparo: son las fluctuaciones aleatorias en el número de partículas que llegan por segundo.

Una hoja de papel casi no pesa nada, pero si apilas cien hojas, obtienes un bloque notable. Algo similar hicieron con un material que es excelente para convertir un color de luz en otro, pero solo cuando tiene el espesor de un átomo. Una sola capa es como una hoja: funciona de maravilla, pero es demasiado delgada para producir mucha luz.

Un rayo láser golpea un átomo y el electrón sale disparado. Acelera, regresa y, al chocar con el átomo, emite un destello de luz: una armónica. Si hay dos rayos de luz y están cruzados como una intersección, el electrón puede elegir diferentes rutas.

El láser golpea el cristal y este responde con destellos de luz, como una campana que suena al ser golpeada. Pero si la campana está caliente, su sonido tiembla y se apaga. Así ocurre aquí: los átomos del cristal vibran constantemente por el calor, y esa vibración impide que los electrones se muevan en línea recta, por lo que la luz sale tenue y borrosa.

La luz en la fibra óptica es un flujo de fotones, y para la comunicación cuántica se necesitan fotones individuales que puedan enviarse uno a uno. Pero lograr que salgan rápidamente y además sean indistinguibles entre sí es una tarea difícil.

Un rayo láser en un cristal especial se convierte por sí solo en el «gato de Schrödinger», una mezcla de dos estados. Erwin Schrödinger ideó esta paradoja para un átomo, y ahora los físicos la observan en todo un flujo de fotones. La luz es como una compañía de soldados en la plaza de armas.

La luz ordinaria es como una multitud en una plaza: cada fotón se mueve por su cuenta, chocando y dispersándose. Pero en algunos medios, los fotones, como una jauría de perros, comienzan a correr juntos: se agrupan. Los científicos han creado un láser de fibra aleatoria donde las partículas de luz se reúnen en bandadas especialmente densas.

Un diminuto puente de diamante vibra con tanta fuerza que empieza a 'cantar' en muchas frecuencias a la vez. Antes, estas oscilaciones se frenaban a sí mismas: cuanto más se balanceaba el resonador, más difícil era añadirle energía. Los físicos encontraron una grieta en esta regla. Usaron luz para hacer vibrar el diamante. La luz empuja el puente, y este comienza a temblar.

El borde de un imán funciona como el puente de una guitarra: una cuerda presionada cerca del borde suena de manera diferente, con un conjunto más rico de armónicos. Algo similar ocurre con las ondas magnéticas en una fina cinta de níquel y hierro.

Un rayo láser golpea un cristal transparente y este responde con todo un arcoíris, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta invisible. No es un truco con espejos, sino el trabajo de un cristal no lineal: sabe sumar frecuencias de la luz, igual que un músico obtiene de una cuerda no solo el tono fundamental, sino también los armónicos.

Una lámpara común dispersa la luz en todas direcciones y es imposible predecir cuándo saldrá el siguiente fotón. Pero las tecnologías cuánticas necesitan un tipo de luz muy distinto: fotones individuales que aparecen estrictamente de uno en uno, como cartas que salen por la ranura del buzón.

Un tirón brusco de un cordón retorcido envía una onda espiral a lo largo de él. Así, un destello láser ultracorto en el cristal RhSi genera luz instantáneamente retorcida en un sacacorchos tridimensional.

La luz incide sobre una película delgada y, al instante, se genera una corriente eléctrica. Así funciona un par de materiales: disulfuro de molibdeno y cobalto. El primero es un semiconductor; el segundo, un imán. Entre ellos, según se ha descubierto, nace una capa intermedia invisible.

La luz, al atravesar un cristal delgado, puede cambiar de color y de dirección de vibración. En una lámina de disulfuro de molibdeno de unos cientos de átomos de grosor, un rayo infrarrojo se convierte en verde, y su polarización —es decir, cómo vibra la onda de luz— obedece a la geometría del cristal.

Un trozo común de semiconductor cambia débilmente el color de la luz que lo atraviesa. Durante décadas, los físicos sortearon esta limitación colocando el cristal en un entorno ingenioso, pero el material en sí seguía siendo el mismo. Ahora, los investigadores han ensamblado un "sándwich" de capas delgadas alternadas de arseniuro de galio y arseniuro de aluminio y galio.

Cuando dos rayos de luz se encuentran en un cristal, pueden generar un tercer rayo con una frecuencia diferente. Para que este proceso sea eficiente, las ondas deben ir al mismo paso, como dos personas que caminan juntas sin desincronizarse. Antes se usaban dos trucos: o se elegía un cristal con las propiedades adecuadas, o se cortaba en capas finas.

Un láser de electrones libres convencional se parece a un instrumento musical con una sola cuerda: solo puede tocar una nota hasta que se modifica su construcción. Para obtener otra longitud de onda, hay que reajustar los imanes o acelerar los electrones con más fuerza. Eso es caro y voluminoso.

Un pulso láser corto golpea un cristal, y este no responde con un solo sonido, sino con toda una escalera de frecuencias separadas por un intervalo idéntico. Así nace un peine de frecuencias fonónicas: un fenómeno que los físicos investigan en un material con una estructura interna inusual.

La luz de una bombilla normalmente se dispersa en todas direcciones, y atraparla en varios canales en partes exactamente iguales es todo un rompecabezas. En el nuevo trabajo, la luz se divide en nueve haces idénticos sin una sola lente ni espejo. En su lugar, se usa una placa de vidrio con canales grabados que actúan como guías de onda, por los cuales la luz se distribuye de la manera deseada.

La luz de una bombilla ordinaria es un flujo de fotones individuales, como gotas de un grifo. Pero existe luz donde los fotones viajan en parejas, como gemelos que caminan juntos. Esta luz agrupada se ha querido usar durante mucho tiempo para medir distancias y fotografiar objetos ocultos tras una esquina.

Persianas que no solo dejan pasar o bloquean la luz, sino que cambian su color. La luz incide sobre las franjas inclinadas y parte de los rayos sale con otro tono, como si un haz blanco, al atravesar las rendijas, se volviera verde. Así funciona la nueva superficie: sobre una fina película de niobato de litio (un material que transforma la luz) hay franjas inclinadas de dióxido de titanio.

Si se pulsa con fuerza la cuerda de una guitarra, no suena una sola nota, sino varias a la vez: el tono fundamental y los armónicos. Algo parecido han hecho los físicos con la luz: dirigieron un láser infrarrojo hacia un cristal, y el cristal respondió brillando con dieciséis colores, desde el calor invisible hasta el ultravioleta más intenso.

Si golpeas un átomo con un láser potente, el electrón sale disparado como una pelota de raqueta y regresa. Al volver, libera la energía acumulada en forma de destello de luz. Normalmente, la energía de ese destello es limitada: el electrón apenas tiene tiempo de acelerar un poco. Ahora los físicos han añadido al láser un campo terahercio débil, como una ligera brisa a favor.

El haz de una linterna en la niebla dibuja un cono, pero no puede tallar una figurita en una nube. Una holografía es como una plantilla para la luz: sabe de antemano dónde concentrarse en puntos brillantes y dónde quedarse en sombra. Ahora, esa plantilla hace que la resina líquida se endurezca de una vez en todo el volumen, sin impresión capa a capa.