Un equipo internacional de investigadores, liderado por el profesor Miguel Ángel Porras de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), ha logrado un avance pionero en el campo de la luz estructurada al crear vórtices ópticos espaciotemporales (STOV) a frecuencias cercanas a los rayos X. Este hallazgo, publicado en Nature Photonics, permite explorar fenómenos físicos simultáneamente en el espacio y en el tiempo, lo que es crucial para estudiar dinámicas ultrarrápidas en materiales y nanoestructuras. La investigación abre nuevas oportunidades para entender interacciones ultrarrápidas entre luz y materia, especialmente en materiales magnéticos y cuánticos.
Los vórtices ópticos espaciotemporales (STOV) han sido el foco de un reciente avance en la investigación sobre la luz estructurada. Estos pulsos de luz, que presentan una topología única, acoplan los dominios espacial y temporal, lo que les confiere propiedades excepcionales. Su evolución organizada en el tiempo permite explorar fenómenos físicos simultáneamente en el espacio y en el tiempo, un aspecto crucial para estudiar dinámicas ultrarrápidas en materiales, moléculas o nanoestructuras.
Un equipo internacional de científicos, que incluye al profesor Miguel Ángel Porras del Grupo de Sistemas Complejos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas y Energía de la UPM, ha logrado crear por primera vez estos vórtices a frecuencias cercanas a los rayos X, también conocidos como “ultravioleta extremo”. Hasta ahora, estos vórtices solo habían sido observados en longitudes de onda más largas y frecuencias bajas, debido a las limitaciones impuestas por los elementos ópticos convencionales.
“Estos vórtices son literalmente tornados de luz que giran alrededor de su centro mientras viajan a la velocidad de la luz. En el núcleo del tornado luminoso se encuentra el vórtice, donde la fase de la luz presenta una singularidad y su intensidad es nula. Se pueden imaginar como ‘donuts’ desplazándose a esa misma velocidad”, explica Porras.
Este hallazgo se inscribe dentro del ámbito de la luz topológica y estructurada espacio-temporalmente, un campo que ha cobrado especial relevancia en los últimos años. La publicación del artículo en Nature Photonics destaca que esta luz altamente estructurada se ha conseguido en el ultravioleta extremo gracias al proceso de generación de altos armónicos. Este fenómeno fue reconocido con el premio Nobel de Física 2023 otorgado a Anne L’Huillier, Ferenc Krausz y Pierre Agostini.
Según Porras, “la estructuración de la luz se produce a escalas nanométricas y temporales en el orden de los attosegundos (10^-18 segundos), lo que resulta extremadamente útil para investigar la dinámica electrónica, especialmente en materiales magnéticos y medios quirales”.
La importancia de este estudio radica en su capacidad para abrir nuevas vías en la investigación sobre interacciones ultrarrápidas entre luz y materia cerca de las bandas de absorción en materiales magnéticos y cuánticos. Este avance promete revolucionar nuestra comprensión y manipulación de fenómenos ópticos complejos.
Los vórtices ópticos espaciotemporales (STOV) son pulsos de luz estructurados en el espacio-tiempo con una topología única que acopla los dominios espacial y temporal, permitiendo explorar fenómenos físicos simultáneamente en el espacio y en el tiempo.
El hallazgo fue realizado por un equipo internacional de investigadores, incluyendo al profesor Miguel Ángel Porras de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en colaboración con investigadores de la Universidad de Salamanca y de la Universidad de Colorado en Estados Unidos.
La novedad del estudio es que se han creado por primera vez vórtices espacio-temporales de luz a frecuencias cercanas a los rayos X, lo que se conoce como “ultravioleta extremo”, utilizando un proceso de generación de altos armónicos.
Estos vórtices son importantes porque permiten explorar dinámicas ultrarrápidas en materiales, moléculas o nanoestructuras, abriendo un nuevo campo de trabajo en la investigación de interacciones ultrarrápidas entre luz y materia.
La estructuración de la luz se da a una escala espacial nanométrica y a una escala temporal en el régimen de los attosegundos (10^-18 segundos).