Demostrada la refracción negativa de la luz visible

Por primera vez, los físicos han desarrollado una forma de hacer que la luz visible viaje en dirección opuesta a la que normalmente toma cuando pasa de un material a otro, como del aire al agua o al cristal.

El fenómeno es conocido como refracción negativa y podría, en un principio, usarse para construir microscopios ópticos que fotografíen cosas tan pequeñas como moléculas, e incluso para crear dispositivos de camuflaje para hacer objetos invisibles.

El 22 de Marzo en la publicación on-line de Science Express, Los investigadores de Física Aplicada del Instituto de Tecnología de California Henri Lezec, Jennifer Dionne, y el Profesor Harry Atwater, informaron de su éxito al construir un material fotónico nanofabricado que crea un índice negativo de refracción en la región azul-verde el espectro visible. Lezec es un invitado asociado en el Laboratorio de Atwater en Caltech, y Dionne es una estudiante graduada en Física Aplicada.

De acuerdo con Lezec, la clave para comprender esta tecnología está en comprender primer cómo la luz se dobla cuando pasa de un medio a otro. Si colocamos un lápiz en un vaso de agua con un ángulo, parece estar doblado hacia arriba y hacia abajo si miramos hacial el agua desde un punto sobre la superficie. Este efecto se debe a la naturaleza de onda de la luz y la tendencia normal de los distintos materiales a dispersar la luz de distintas formas – en este caso, los materiales son el aire fuera del vaso y el agua dentro del mismo.

Sin embargo, los físicos han pensado que, si se pudieran construir de alguna forma nuevos materiales ópticos a nanoescala, sería posible hacer que la luz se doblase en el mismo ángulo pero en dirección opuesta. En otras palabras, el lápiz introducido en el agua parecería doblarse hacia atrás desde nuestro punto de vista.

Los detalles son complicados, pro tienen que ver con la velocidad de la luz a través del material en sí mismo. Los investigadores en los últimos años han creado materiales con difracción negativa para frecuencias de infrarrojo y microondas. Estos logros han explotado las longitudes de onda relativamente largas de aquellas frecuencias – las longitudes de onda de las microondas son de unos pocos centímetros, y las frecuencias infrarrojas aproximadamente del ancho de un cabello humano. La luz visible, debido a que su longitud de onda está en dimensiones microscópicas – aproximadamente de una centésima de un cabello – ha derribado esta aproximación convencional.

Dionne, uno de los autores principales, dijo que este avance se hacía posible gracias al trabajo del laboratorio de Atwater en plasmónica, un campo emergente que “estruja” la luz con materiales especialmente diseñados para crear ondas conocidas como plasmones. En este caso, los plasmones actúan de una forma similar a una onda que crea rizos en la superficie de un lago, llevando la luz a lo largo de la superficie plateada de un material de nitruro de silicio, y luego a través de un prisma nanométrico de oro por lo que la luz rentar en el nitruro de silicio con una refracción negativa.

De esta forma, el proceso no es el mismo que el usado para la refracción negativa de microondas y radiación infrarroja, pero también funciona, dice Dionne. Y este descubrimiento es particularmente excitante debido a que la luz visible, como si nombre indica, es la longitud de onda asociada con el mundo de los objetos que vemos, siempre que no sean demasiado pequeños.

“Tal vez se podría crear una superlente que derribe el límite de difracción”, dice Dionne. “Podríamos ser capaces de ver ADN y proteínas moleculares con claridad simplemente mirando en ellas, sin necesidad de usar métodos más complejos como la cristalografía de rayos-X”.

Atwater, que es Profesor Howard Hughes y profesor de Física Aplicada y ciencia de los materiales en Caltech, dice que la técnica plasmónica tiene, en efecto, potencial APRA una “lente perfecta” compacta que podría tener un enorme número de aplicaciones biomédicas y tecnológicas. “Una vez que la luz procedente de un objeto cercano pasa a través del material de refracción negativa, podría ser posible recuperar toda la información espacial”, dice, añadiendo que la pérdida de esta información es porque hay habitualmente un límite al tamaño de un objeto que puede ser visto a través de un microscopio.

Incluso más sorprendente es la posibilidad de un dispositivo óptico de “capa de invisibilidad” que rodearía un objeto y doblaría la luz de tal forma que se reenfocaría perfectamente en el lado opuesto. Esto proporcionaría una invisibilidad perfecta para el objeto en el interior de la capa, de forma similar a las capas usadas por Harry Potter o los Klingons en las viejas series de televisión de Star Trek.

“Por supuesto, nadie que esté en el interior de la capa podría ser capaz de ver el exterior”, dice Atwater.

“Pero podría ser posible poner algunas pequeñas ventanas”, añade Dionne.


Fecha Original: 2007-03-28

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