Investigadores del Departamento de Química Física del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck, junto con el Instituto de Física de Radiación del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf, han desarrollado una plataforma experimental innovadora que permite medir los campos eléctricos de la luz atrapada entre dos espejos con una precisión subcíclica. Este avance se ha publicado en la revista Light: Science & Applications.
Los resonadores Fabry-Pérot electro-ópticos permitirán un control preciso y la observación de las interacciones entre luz y materia, especialmente en la región espectral del teraherzio (THz). Gracias a un diseño de cavidad híbrido ajustable, los físicos pueden alternar entre nodos y máximos de las ondas de luz en ubicaciones específicas de interés. Este estudio abre nuevas vías para explorar la electrodinámica cuántica y el control ultrarrápido de las propiedades de los materiales.
Avances en la electrodinámica de cavidades
En un avance significativo en el campo de la electrodinámica de cavidades, el equipo ha introducido un nuevo método para medir los campos eléctricos dentro de estas estructuras. Al utilizar resonadores Fabry-Pérot electro-ópticos, han conseguido mediciones a escalas de tiempo subcíclicas, lo que permite obtener información precisa sobre la interacción entre luz y materia en el lugar exacto donde se produce.
La electrodinámica de cavidades estudia cómo los materiales colocados entre espejos interactúan con la luz, alterando tanto sus propiedades como su comportamiento dinámico. Este estudio se centra en la región espectral del teraherzio (THz), donde las excitaciones de baja energía dictan propiedades fundamentales de los materiales. La capacidad de medir estados novedosos que simultáneamente se comportan como excitaciones de luz y materia dentro de la cavidad proporcionará una comprensión más clara de estas interacciones.
Los investigadores también han desarrollado un diseño de cavidad híbrido que incorpora un espacio de aire ajustable con un cristal detector dividido. Este nuevo diseño permite un control preciso sobre las reflexiones internas, lo que lleva a patrones de interferencia selectiva bajo demanda. Estas observaciones están respaldadas por modelos matemáticos, que proporcionan una clave para descifrar la complicada dispersión de la cavidad y una comprensión más profunda de la física subyacente.
Este trabajo sienta las bases para futuros estudios sobre las interacciones entre luz y materia en cavidades, ofreciendo aplicaciones potenciales en campos como la computación cuántica y la ciencia de materiales. Michael S. Spencer, primer autor del estudio, destaca que «nuestro trabajo abre nuevas posibilidades para explorar y dirigir las interacciones fundamentales entre luz y materia, proporcionando un conjunto de herramientas único para futuros descubrimientos científicos». Por su parte, el Prof. Dr. Sebastian Maehrlein, líder del grupo de investigación, resume: «Nuestros EOCs proporcionan una visión altamente precisa y resolutiva del campo, inspirando nuevas vías para la electrodinámica cuántica de cavidades en experimentación y teoría».
Más información:
Michael S. Spencer et al, Electro-optic cavities for in-situ measurement of cavity fields, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-024-01685-x
