Un reciente descubrimiento realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Almería (UAL) y el California Institute of Technology, conocido como Caltech, promete revolucionar el campo de la metrología. Este hallazgo se centra en la existencia de solitones topológicos temporales en cavidades fotónicas a escala nanométrica, los cuales permitirán llevar a cabo mediciones con una precisión sin precedentes. La metrología, que es la ciencia encargada de las mediciones y sus aplicaciones, se beneficiará enormemente de esta nueva regla óptica, mejorando así la exactitud y confiabilidad de los resultados en diversas disciplinas científicas e industriales.
La investigación ha sido publicada en la prestigiosa revista ‘Nature’, donde los autores Pedro Parra-Rivas, investigador Ramón y Cajal en la UAL, junto a Nicolas Englebert y Alireza Marandi del Caltech, presentan su estudio titulado ‘Topological soliton frequency comb in nanophotonic lithium niobate’. En este trabajo, demuestran por primera vez la existencia de estos solitones, lo que abre un abanico de nuevas posibilidades en el ámbito de la metrología. Parra-Rivas destaca que este descubrimiento es fundamental para entender otros sistemas análogos en campos tan variados como la química, biología y física.
Desde una perspectiva teórica, el hallazgo representa un hito significativo. La formación y dinámica de los solitones no dependen de características específicas de un sistema particular, sino que están regidas por conceptos más generales como las simetrías. Esto implica que los mecanismos detrás de su aparición son universales, permitiendo su comprensión a través de una única teoría. En términos prácticos, estos solitones pueden ser utilizados como herramientas precisas para mediciones ópticas y espectroscopia. Entre sus aplicaciones potenciales se incluyen el desarrollo de tecnologías GPS más avanzadas y sistemas LIDAR (Light Detection and Ranging), que facilitan la creación de modelos tridimensionales detallados del entorno.
El estudio sobre solitones ópticos tiene sus raíces en investigaciones iniciadas en los años 80 del siglo pasado; sin embargo, su aplicación en metrología es relativamente reciente. Los primeros ejemplos documentados se encontraron en cavidades de fibra óptica y posteriormente en microresonadores. Aunque se había demostrado anteriormente la existencia de solitones bajo condiciones específicas, este trabajo marca un avance al confirmar su presencia en cavidades puramente cuadráticas a escala nanométrica.
Parra-Rivas explica que un solitón es una onda que puede propagarse a través de un medio sin alterar su forma ni propiedades. Para ilustrar este concepto, menciona que un “solitón a gran escala” podría compararse con un tsunami. Estas ondas solo se manifiestan cuando los medios tienen propiedades no lineales; es decir, cuando las relaciones causa-efecto dentro del sistema no son proporcionales. Por otro lado, una cavidad fotónica actúa como una caja resonante para la luz; similar a cómo funciona una guitarra al amplificar sonidos.
Finalmente, el investigador resalta que los solitones ópticos estudiados poseen un defecto topológico caracterizado por transiciones abruptas entre estados luminosos uniformes con diferentes intensidades. Esta propiedad permite utilizar estos solitones como “reglas ópticas”, facilitando mediciones hiperprecisas nunca antes alcanzadas.