El desarrollo de la óptica nos ha permitido estudiar la luz y crear tecnologías transformadoras en numerosos ámbitos que afectan nuestra vida diaria. Sin embargo, estos avances tecnológicos se han visto restringidos por el límite de difracción, que representa un obstáculo para estudiar la luz en la nanoescala y, por ende, aprovechar plenamente los avances de la nanotecnología.
El confinamiento de la luz en la nanoescala es posible, entre otros métodos, gracias a los polaritones de superficie, que acoplan luz con excitaciones en diversos materiales, generando confinamiento electromagnético. Además, los materiales de van der Waals (vdW), capaces de soportar polaritones, ofrecen un amplio abanico de posibilidades de fabricación al ser exfoliables mecánicamente.
En los últimos años, la nano-óptica ha avanzado notablemente, destacando el descubrimiento de materiales vdW con propiedades inéditas como el α-MoO3, que soporta fonones polaritones, acoplamiento entre luz y fonones en materiales polares, con alta anisotropía óptica en el plano. Esto ha permitido crear plataformas como heteroestructuras de bicapas o tricapas de α-MoO3 configuradas con un ‘ángulo mágico’, que canalizan la luz (propagación en una única dirección) dando lugar a la twist-óptica, desarrollada para controlar el flujo de luz en la nanoescala. No obstante, estas plataformas presentan cierta complejidad de fabricación.
En este contexto, el LiV2O5, material de vdW inexplorado en polaritónica, demuestra en este estudio que es posible la canalización de luz de forma natural sin procesos de fabricación complejos. Esto se debe a una combinación específica de valores en su permitividad óptica que permite la propagación de polaritones en una única dirección. Además, preserva características clave observadas en heteroestructuras más complejas, como largos tiempos de vida de polaritones, esenciales para aplicaciones futuras, como en tecnologías de detección.
Visualización de fonones polaritones (PhPs) canalizados de forma natural en láminas finas de LiV2O5. a, Representación esquemática de la visualización en el campo cercano de PhPs en LiV2O5 sobre un sustrato de SiO2. En este diagrama, Einc y Esca representan los campos electromagnéticos incidentes y dispersados, respectivamente. Una nanoantena resonante de Au, iluminada con luz IR, lanza eficientemente PhPs, que luego se investigan utilizando una configuración s-SNOM (scattering-type Scanning Near-field Optical Microscopy) con una punta metálica. b-g, Imágenes en el campo cercano de la amplitud de la señal óptica s3 y sus correspondientes imágenes simuladas numéricamente para dos láminas finas de LiV2O5 con espesores diferentes y a diferentes frecuencias incidentes, mostrando la transición desde propagación elíptica, pasando por propagación anisótropa, hasta observar la canalización natural de PhPs.