Física

Refracción negativa de la luz visible, base para manto de invisibilidad


(NC&T) Los investigadores de física aplicada Henri Lezec, Jennifer Dionne y Harry Atwater, del Instituto Tecnológico de California, han logrado construir con éxito un material fotónico con una nanoestructura especial, que crea un índice de refracción negativo en la región azul-verde del espectro visible.

La clave para entender la tecnología está en comprender primero cómo se curva normalmente la luz cuando pasa de un medio a otro. Por ejemplo, si se pone un lápiz dentro de un vaso de agua en un ángulo determinado, parece doblarse hacia arriba y afuera si miramos la superficie del agua desde el punto adecuado por encima. Este efecto se debe a la naturaleza de las ondas de la luz y a la tendencia normal de los diferentes materiales a dispersar la luz de forma distinta, en este caso el aire que está fuera del vaso y el agua que está dentro del vaso.

Sin embargo, los físicos han llegado a la conclusión de que si nuevos materiales ópticos pudieran construirse de cierta forma a escala nanométrica, ello podría posibilitar que la luz se curvara en el mismo ángulo pero en la dirección opuesta. En otros términos, el lápiz dentro del agua parecería doblarse hacia atrás cuando lo miráramos.

En años recientes, los investigadores han creado materiales con difracción negativa, pero para otras bandas del espectro electromagnético: las microondas y los infrarrojos. Estos logros se han valido de las longitudes de onda relativamente largas de esas bandas. La longitud de onda de las microondas es de algunos centímetros, y en las frecuencias infrarrojas es del espesor de un cabello humano. Como la longitud de onda de la luz visible presenta dimensiones microscópicas (aproximadamente de una centésima parte del espesor de un cabello) los métodos "convencionales" usados para ondas de longitud más larga, no han tenido éxito.

El nuevo avance ha sido posible gracias al trabajo del laboratorio de Atwater en la plasmónica, un campo científico emergente basado en "comprimir" la luz con materiales especialmente diseñados, para crear una onda conocida como plasmón. En este caso, los plasmones actúan de manera algo similar a las ondas que se propagan por la superficie de un lago, llevando la luz a lo largo de una superficie de nitruro de silicio cubierta con plata y luego a través de un prisma nanométrico de oro para que la luz vuelva a entrar en la capa de nitruro de silicio con refracción negativa. Aunque el proceso no es igual al empleado para obtener la refracción negativa en las microondas y la radiación infrarroja, funciona.

Con este descubrimiento parece posible crear una superlente que pueda superar el límite de difracción. Con esta lente se podrían ver claramente el ADN y las moléculas de proteínas por observación directa, sin tener que usar un método más complicado, como la cristalografía de rayos X.

Más fascinante aún resulta la posibilidad de una "capa de invisibilidad" óptica, que al envolver un objeto curvase la luz de tal modo que los rayos que incidieran sobre ella se acabasen reenfocando a la perfección en el otro lado, como si hubieran seguido un camino rectilíneo sin obstáculo alguno. Este efecto dotaría de una invisibilidad perfecta al objeto envuelto por la capa, de un modo que recuerda al sistema de camuflaje de las naves Klingon en la serie Star Trek.


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