Un grupo de investigación compuesto por la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, la Universidad de Tecnología Militar y la Facultad de Pascal de la Universidad Clermont Auvergne ha desarrollado un nuevo método que utiliza cristales líquidos colecistéricos en microcavidades ópticas. La plataforma creada por el equipo puede formar y regular dinámicamente cristales fotónicos integrados con acoplamiento de espín-órbita (SOC) y emisión láser controlada, y los resultados relacionados se publicaron en la revista Laser & Photonics Reviews. La estructura helicoidal uniforme de líquido cristalino colecistérico (ULH) dispuesta en la microcavidad óptica forma una red fotónica periódica unidimensional mediante la autoorganización de moléculas alargadas, con su eje alineado en el plano de la cavidad.

"Diseñamos una estructura helicoidal uniforme, esta estructura helicoidal autoorganizada está compuesta por moléculas alargadas similares a lápices", explicó el profesor Jacek Szczytko de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia. Esta estructura helicoidal colecistérica está formada por capas de moléculas dispuestas en paralelo, con la dirección de las moléculas girando capa por capa, formando una forma helicoidal similar al ADN. Bajo condiciones de iluminación específicas, al observar perpendicular al eje helicoidal, se pueden ver franjas claras con un ancho igual al paso de la hélice. "A través de los cristales líquidos que responden a campos eléctricos, podemos controlar con precisión el paso y, por lo tanto, regular la estructura de banda fotónica, abriendo nuevas perspectivas para la ingeniería fotónica", añadió el profesor Szczytko.

Las microcavidades ópticas confinan la luz en un espacio unidimensional, haciendo que los fotones exhiban características similares a las de partículas con masa. El equipo de investigación utilizó microcavidades ópticas de cristal líquido desarrolladas en colaboración con la Universidad de Tecnología Militar para explorar cómo la luz adquiere propiedades materiales mientras retiene sus características únicas. El equipo del profesor Wiktor Piecek de la Universidad de Tecnología Militar fue responsable de fabricar las microcavidades ópticas, adoptando la estructura helicoidal diseñada por la profesora Eva Oton, y el doctor Przemysław Morawiak y el doctor Rafał Mazur completaron el ensamblaje de la cavidad. "Desarrollar la mezcla de cristal líquido adecuada y hacer que forme una estructura helicoidal ordenada y uniforme en la cavidad óptica es un desafío complejo en el campo de la ingeniería de materiales", enfatizó el profesor Piecek.

Este sistema, a través de estructuras formadas por autoorganización, tiene un área superficial de cientos de micrómetros cuadrados, y las moléculas de cristal líquido pueden reorientarse bajo un campo eléctrico, logrando un control dinámico de la estructura de banda de energía de luz en la microcavidad. "Después de aplicar voltaje, podemos observar en tiempo real la evolución de la estructura a través de una cámara, manteniendo el orden periódico", señaló el doctor Marcin Muszyński, primer autor del artículo. La investigación también introdujo tintes orgánicos, observando emisión láser dual y fenómenos de láser lineal y circularmente polarizado. "Estos resultados indican que nuestra investigación tiene tanto valor fundamental como aplicado", resumió el coautor doctor Piotr Kapuscinski.