J. K. Rowling, la escritora británica que creó a Harry Potter y cautivó a millones de lectores, podría haberse adelantado a su tiempo.
Científicos de la Universidad de California en Berkeley acaban de anunciar que lograron fabricar por primera vez materiales capaces de torcer la dirección natural de la luz visible y del infrarrojo cercano, un desarrollo que permitiría generar imágenes de alta resolución y circuitos de computadora infinitamente pequeños. Y, también, para delicia de los amantes de la fantasía y la ciencia ficción, ?mantos? que harían invisibles los objetos. Como el del joven aprendiz de mago.
Dos trabajos que describen estas sustancias extraordinarias se publican simultáneamente esta semana en las revistas científicas más prominentes del mundo, Nature y Science.
Los hallazgos fueron realizados por dos equipos que ensayaron diferentes estrategias, liderados ambos por Xian Zhang, profesor del Centro de Ciencia e Ingeniería en la Escala Nanométrica de la citada universidad norteamericana.
El principio común que confiere a estos llamados ?metamateriales? sus extrañas propiedades es un efecto óptico llamado ?índice de refracción negativo?: hace que la luz que reflejan o que pasa por ellos se tuerza de manera ?incorrecta?.
La refracción de la luz es el fenómeno que hace que un lápiz sumergido en un vaso de agua parezca quebrado. Todos los materiales que se encuentran en la naturaleza tienen “índice de refracción positivo”, una medida de cuánto se desvían las ondas electromagnéticas cuando pasan de un medio a otro (por ejemplo, del aire al agua).
Por la refracción positiva, la parte inferior de una varilla sumergida en agua parece estar doblada hacia la superficie. Pero si el agua tuviera “índice de refracción negativo”, la parte inferior de la varilla parecería flotar por encima de la superficie y los peces parecerían estar moviéndose en el aire.
Estrategia múltiple
“Lo que hicimos fue tomar dos caminos muy diferentes -afirma Zhang en un documento distribuido por su universidad-. Ambos nos permiten dar un gran paso hacia el desarrollo de aplicaciones prácticas de los metamateriales.”
Otros equipos de investigación habían desarrollado materiales que controlaban la radiación electromagnética, pero funcionaban en longitudes de onda mayores, como las microondas, que el ojo humano no puede captar. Zhang y sus colegas generaron objetos de estos metamateriales con estructuras más pequeñas que la longitud de onda de la luz, lo que les da sus inusuales propiedades.
Los metamateriales están hechos de “átomos artificiales”, diminutos circuitos de metal que absorben y reirradian la luz en formas imposibles para los que se encuentran en la naturaleza.
A pesar de que los metamateriales podrían encontrar aplicación en la tecnología de radar y de microondas (y por eso son de interés militar), muchos de los usos más atractivos se refieren a la luz visible.
La longitud de onda de radiación electromagnética a la que un material es sensible es aproximadamente igual al tamaño de sus átomos. Un metamaterial para la luz visible debería tener estructuras de un tamaño de apenas un micrómetro (la millonésima parte de un metro).
Receta “mágica”
Esto es lo que hicieron Zhang y sus dos equipos.
Uno logró disponer átomos en capas muy finas de metal, aisladas entre sí por películas de sal, cada una de entre 30 y 50 nanómetros de espesor.
Luego, utilizando un rayo de iones de alta energía, los científicos cortaron en ellas perforaciones rectangulares.
Un prisma hecho de este material tiene un índice de refracción negativo para las longitudes de onda del infrarrojo cercano, son las que actualmente se utilizan en la tecnología de fibra óptica.
El segundo grupo también desarrolló un metamaterial, pero con un enfoque diferente. Los investigadores utilizaron una serie de cables de plata de sólo 60 nanómetros de grosor (alrededor de 200 veces más finos que un cabello humano), alineados ordenadamente como una plantación de árboles. Los cables se insertan en una matriz de óxido de aluminio, que ofrece un molde para generarlos. Este material tiene un índice de refracción negativo para la luz roja, de longitudes de onda de 660 nanómetros. Es la primera vez que se logra “torcer” la luz visible hacia atrás.
De amplio rango
A diferencia de los materiales desarrollados anteriormente, que funcionaban sólo para luz de colores específicos, ambos diseños funcionan para luz de un amplio rango de longitudes de onda.
Entre los beneficios que ofrece la refracción negativa, tal como el que se logra con el material en forma de red de pesca que se describe en el trabajo publicado en Nature, figura una reducción de la interferencia que mejoraría drásticamente en el funcionamiento de las antenas.
Pero para fabricar un verdadero manto de invisibilidad, los científicos deberían poder desviar los rayos de luz suavemente alrededor de un objeto dado, para que fluyeran como un río que corre en torno de una roca, de modo que la luz parezca atravesarlo.
Esto requeriría metamateriales con propiedades ópticas de variaciones graduales, lo que podría alcanzarse variando el tamaño y la forma de los componentes metálicos de los “átomos”.
