¿Puede la luz girar como un torbellino? Científicos de la Universidad de Varsovia, la Universidad Militar de Tecnología y el Institut Pascal CNRS han respondido con un rotundo "sí", creando "tornados ópticos" giratorios dentro de una estructura extremadamente pequeña. El avance apunta a una nueva forma de construir fuentes de luz miniatura con formas complejas, lo que podría respaldar dispositivos fotónicos más simples y escalables para la comunicación óptica y las tecnologías cuánticas.

"Nuestra solución combina varios campos de la física, desde la mecánica cuántica, pasando por la ingeniería de materiales, hasta la óptica y la física del estado sólido", explica el Prof. Jacek Szczytko de la Universidad de Varsovia, líder del grupo de investigación. "La inspiración provino de sistemas conocidos de la física atómica, donde los electrones pueden ocupar diferentes estados de energía. En fotónica, un papel similar lo desempeñan las trampas ópticas, que confinan la luz en lugar de electrones". El Dr. Marcin Muszyński, primer autor del estudio de la Universidad de Varsovia y el City College de Nueva York, añade: "Puedes pensar en ello como un vórtice óptico. La onda de luz gira alrededor de su eje y su fase cambia en forma de espiral. Además, incluso la polarización —la dirección de oscilación del campo eléctrico— comienza a rotar".

Estos estados de luz estructurados son atractivos para aplicaciones como la comunicación cuántica y el control de objetos microscópicos, pero producirlos normalmente ha requerido nanoestructuras complicadas o grandes sistemas experimentales. El equipo eligió una estrategia diferente, utilizando un cristal líquido —un material que fluye como un líquido pero cuyas moléculas se ordenan como un cristal. Dentro de este material, pueden formarse defectos especiales conocidos como torones. "Se pueden imaginar como espirales fuertemente retorcidas, similares al ADN", explica Joanna Mędrzycka, estudiante de nanotecnología en la Universidad de Varsovia, quien junto con la Dra. Eva Oton de la Universidad Militar de Tecnología preparó las muestras de cristal líquido. "Si dicha espiral se cierra uniendo sus extremos en un anillo que se asemeja a una rosquilla, obtenemos un torón".

Para fortalecer el efecto, el torón se colocó dentro de una microcavidad óptica —una estructura de espejos que refleja la luz repetidamente y la mantiene confinada. "Esto hace que el campo sea mucho más fuerte", dice el Dr. Muszyński. "Además, podemos controlar el tamaño de la trampa y, por lo tanto, las propiedades de la luz, usando un voltaje eléctrico externo". El equipo también logró algo nuevo: vórtices de luz estables en el estado fundamental, el estado de menor energía. "Por primera vez, logramos obtener este efecto en el estado fundamental", explica el Prof. Guillaume Malpuech de la Université Clermont Auvergne y CNRS, quien desarrolló el modelo teórico con el Prof. Dmitry Solnyshkov y el postdoc Daniil Bobylev. "Esto es significativo porque el estado fundamental es el más estable y el más fácil para que la energía se acumule". Para confirmar la emisión láser, los investigadores introdujeron un colorante láser, obteniendo luz que gira, es coherente y tiene energía y dirección de emisión bien definidas.

El Prof. Dmitry Solnyshkov señala: "Es interesante que nuestro enfoque se inspira en teorías muy avanzadas que involucran una llamada carga vectorial. Así que, en cierto modo, hemos logrado que los fotones se comporten no como electrones, sino como quarks". El Prof. Wiktor Piecek de la Universidad Militar de Tecnología concluye: "Este descubrimiento abre una nueva vía para crear fuentes de luz miniatura con estructuras complejas. En lugar de depender de nanotecnología compleja, podemos usar materiales auto-organizativos. En el futuro, esto puede permitir dispositivos fotónicos más simples y escalables, por ejemplo para comunicación óptica o tecnologías cuánticas".