Luz con campos longitudinales

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En una colaboración teórico-experimental, Guillermo F. Quinteiro experto en temas de materia condensada junto a Christian Schmiegelow, físico experimental del Laboratorio de iones y átomos fríos; y al investigador alemán Ferdinand Schmidt-Kaler recibieron un Editors´ Suggestion en la revista Physical Review Letters. La publicación resalta el rol determinante que tienen los campos longitudinales en la interacción entre vórtices ópticos y un ion.

“Compartimos el interés en óptica singular, que es el estudio de la luz con estructura espacial, es decir, haces espacialmente complejos. A partir de una investigación muy relevante que ellos hicieron en Alemania, y desde áreas diferentes pudimos entender juntos todos los resultados que habían obtenido. Cuando Christian regresó a Argentina al finalizar su postdoctorado, pudimos darle una respuesta completa al experimento”, explica Quinteiro.

Un ion “atrapado” en el laboratorio, al que iluminaron con luz estructurada y mediante el cual pudieron mostrar cómo los estados electrónicos cambiaban gracias a la interacción con los fotones, dieron origen a la colaboración. Esa interacción entre luz y materia producía cambios electrónicos inesperados en el ion que pudieron explicarse de manera cuantitativa recientemente.

Por otro lado, Quinteiro considera que la publicación implica revisar algunos conceptos que se dan en todas las aulas: “Comúnmente, en la carrera de física nos enseñan que la luz se propaga en el espacio en una dirección dada. Y que sus campos eléctricos y magnéticos son vectores que se consideran perpendiculares a esa dirección de propagación. Esta pintura es una aproximación que se llama "paraxial", suele explicar muy bien numerosos fenómenos en óptica. Sin embargo, nosotros pudimos demostrar que esta aproximación tiene sus limitaciones para describir la interacción de la luz con un ion”.

Si graficamos la luz, por ejemplo, como si fuera una sábana estirada que se mueve como un frente homogéneo lo hacemos en términos de una onda plana. Pero la luz tiene estructura espacial, no es homogénea en ese plano aunque siga una dirección de propagación, una línea preferencial: “El vórtice óptico tiene lo que se llama la singularidad sobre el eje, una línea donde no pueden definirse algunas propiedades. Este tipo de luz estructurada es espacialmente inhomogénea y tiene una singularidad de fase que está relacionada con el momento angular orbital y con la torsión de la luz”.

Los vórtices ópticos tienen un momento angular orbital, es decir, poseen un valor expresado en un número entero que puede controlarse y eso es potencialmente importante en aplicaciones como tecnologías de información cuántica, nanofotónica y espintrónica. En este sentido, “así como los campos magnéticos pueden ser muy intensos, los campos longitudinales son especialmente importantes en óptica singular y es importante prestarles atención, porque van a jugar un papel relevante en muchas de las aplicaciones donde se utilice luz estructurada y materia”, concluye el investigador.

Guillermo F. Quinteiro formó, junto a otros investigadores, un nuevo grupo de estudio sobre el tema e invita a sus colegas y a estudiantes de doctorado interesados a sumarse a las reuniones del grupo de óptica singular.

Twisted-Light–Ion Interaction: The Role of Longitudinal Fields

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.253203