Una imagen asociada al trabajo titulado "Harnessing Optical Vortex Lattices in Nematic Liquid Crystals", realizado por investigadores del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, en colaboración con el grupo de óptica de cristales líquidos del Instituto No Lineal de la Universidad de Niza, fue la portada de la edición agosto 2013, volumen 111, número 9, de Physical Review Letters.
El Prof. Marcel Clerc, académico del DFI que participó de la investigación, resalta la importancia de este trabajo al señalar que éste además de ser escogido como cover de la revista fue "seleccionado como Editor´s sugestion (sugerencia del editor), de un total de 80 artículos", señaló.
El académico agrega que "Physical Review letters es la revista tradicional más prestigiosa en física, con un factor de impacto de 7,3". La sección Editor´s sugestion, se creó hace cinco años y solo alrededor de 10 artículos con participación de chilenos han sido escogidos para estar allí. Las apariciones en portada son aún más escasas para artículos con participación de instituciones nacionales, solo dos, ambos correspondientes a la Universidad de Chile.
La investigación
El estudio aborda de manera experimental y teórica la interacción de vórtices ópticos observados en cristales líquidos nemáticos con paredes fotosensibles. Debido a que los campos eléctricos concebidos por la luz al cruzar los cristales líquidos pueden inducir vórtices en éste y a su vez pueden fijar sus respectivas posiciones de equilibrio, esto permite la creación de redes ópticas de vórtices programables a gusto del forzamiento.
Estefanía Vidal, estudiante de Magíster en Física de la FCFM, quien es otra de las investigadoras que participó de este estudio, explica que "inicialmente el trabajo tenía el objetivo de analizar la interacción entre dos vórtices de luz en cristal líquido. En esa búsqueda nos enfrentamos al problema de que al crear vórtices en cristal líquido se producían muchos, interactuando todos entre si, resultando difícil aislar el fenómeno para estudiar sólo la interacción entre dos. Pero se observó que poniendo sólo un haz de luz centrado aparecía siempre un solo vórtice relativamente centrado, entonces al crear dos de esta misma forma se pudo medir la interacción entre ellos".
Estefanía agrega que "lo interesante es que la teoría que existe respecto de este tema no permite la existencia de un solo vórtice, ya que siempre se aniquilan entre ellos. Entonces el descubrimiento de que al iluminar sólo una zona se generaba solo un vórtice no estaba caracterizado aún. Después de eso comenzamos a buscar qué era lo que se estaba escapando de la teoría, con el fin de poder caracterizar la aparición de un solo vórtice. Ahí descubrimos que hay dos efectos principales; el primero de ellos tiene que ver con un término que usualmente se despreciaba en la teoría y que es bastante relevante, ya que es el que genera el efecto de privilegia una dirección por sobre otra en el giro del vórtice; el segundo efecto es el que produce la luz sobre el cristal líquido al abrirse, dejándolo perpendicular a ella, eso es lo que genera un vórtice en el medio. Todo esto lo llevamos a la teoría para luego simularlo numéricamente con resultados muy similares al experimento. El grupo de Niza colaboró con la parte experimental de la investigación mientras que desde la FCFM se trabaja lo teórico".
En cuanto a las aplicaciones prácticas de la investigación, explican que este tipo de redes programables ópticas "pueden ser usadas como el intercambio de momento angular entre la luz y la materia, pinzas ópticas, computación cuántica, transmisión de datos y la mejora de imágenes astronómicas".
Resumen del trabajo
"By creating self-induced vortexlike defects in the nematic liquid crystal layer of a light valve, we demonstrate the realization of programable lattices of optical vortices with arbitrary distribution in space. On each lattice site, every matter vortex acts as a photonic spin-to-orbital momentum coupler and an array of circularly polarized input beams is converted into an output array of vortex beams with topological charges consistent with the matter lattice. The vortex arrangements are explained on the basis of light-induced matter defects of both signs and consistent topological rules".
