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2018-03-09

Fotos y texto: Diario vasco

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El Olitense Javier Alfaro, en un proyecto de investigación internacional.

El hallazgo, realizado en colaboración con el DIPC, traslada a imágenes lo que hasta ahora solo era una teoría científica y permitirá un control más preciso de la luz



NANOGUNE PONE LA LUZ ‘PATAS ARRIBA’



Era un teoría. Se presuponía, según las predicciones de los científicos, que algunas superficies podían cambiar las ondas ópticas que se propagan desde una fuente natural, creando otras ondas inusuales. Hasta ahora. Un equipo de investigadores del CIC Nanogune, en colaboración con el Donostia International Physics Center y la Universidad Estatal de Kansas en EE UU, han logrado pasar la teoría a la práctica. En el último año han desarrollado una ‘metasuperficie hiperbólica’ en la que la luz se propaga con frentes de esas ondas inusuales. Este logro científico hace posible un control más preciso de la luz y avanza en el desafío tecnológico de la miniaturización de dispositivos ópticos para la detección y el procesamiento de señales. Los implicados en el proyecto lo describen de forma más prosaica e informal como «poner la luz patas arriba». La investigación se publicó hace tres días en la prestigiosa revista ‘Science’.
El descubrimiento abre el camino a múltiples utilidades, aunque todavía está lejos esa aplicación práctica. Peining Li, investigador postdoctoral Marie Sklodowska-Curie en Nanogune y primer autor del artículo, señala que «nosotros hemos visualizado esa luz, aunque ahora hay que pensar cómo se puede utilizar. El verla es el primer paso para controlarla. Aquí se podría emplear el dicho de ‘ver para creer’». Javier Alfaro, estudiante de doctorado en Nanogune y coautor del artículo publicado en ‘Science’, destaca la importancia de «trasladar a imágenes las predicciones teóricas».
Permitirá controlar y manipular la dirección de la luz en dispositivos mucho más pequeños


Ondas abiertas

Normalmente la luz que parte de una fuente puntual crea una ondas ópticas circulares, -como las que surgen en el agua cuando se lanza una piedra-, porque el medio a través del que viaja la luz es homogéneo e isótropo (uniforme en todas las direcciones). Este equipo de investigadores de Nanogune, con el diseño de una metasuperficie hiperbólica, hecha de nitruro de boro -un material bidimensional similar al grafeno-, ha logrado comprobar que las ondas emitidas también pueden viajar solo en determinadas direcciones, -de forma excesivamente simple podría decirse que en ejes diagonales-, y con los frentes abiertos, en lugar de los círculos ‘tradicionales’.El alemán Rainer Hillenbrand, investigador de Ikerbasque y líder del grupo de Nanoóptica del centro donostiarra donde se ha realizado el proyecto, explica que «el objetivo es manipular la luz a escalas muy pequeñas». Esto permitirá crear dispositivos ópticos y sensores muy pequeños y más eficientes que procesen las señales. Dicho así parece sencillo, pero la luz tiene un problema, «es muy grande».
«Hasta ahora había muy pocos experimentos en este campo», apunta Hillenbrand, «no se habían visto estas curvatura con luz, solo con microondas y de mayor tamaño» y añade que «ahora se va a poder controlar y manipular la dirección de la luz en dispositivos muy pequeños, de muy pocos nanómetros».
Actualmente los dispositivos que se emplean para comprimir la luz son electrónicos, que funcionan con electrones. Grupos de investigación de todo el mundo están buscando métodos para comprimir esa luz, hacerla más compacta. La luz interactúa con la metasuperficie y de la mezcla salen unas nuevas partículas denominadas polaritones, que tienen una longitud de onda mucho más pequeña, entre diez y veinte veces menos que la luz infrarroja normal, lo que permitirá que en el futuro, los instrumentos similares a los transistores electrónicos, como los que llevan los teléfonos móviles -que en la actualidad miden 22 nanómetros para una onda de luz de oscila, según el tipo, entre 500 y 700-, sean muchísimo más pequeños y tengan más velocidad.
Y aunque los usos futuros no están definidos, sí tienen claro que se utilizará para detectar cantidades más pequeñas y al detalle de moléculas, que los científicos denominan ‘single-molecule’. También se puede aplicar, por ejemplo, en el control de la temperatura a escalas mínimas o en sensores de telecomunicaciones. Pero, reiteran, no hay nada concreto.
El próximo reto está en detectar algún material natural en el que la luz actúe de forma similar


Material de Kansas

Para conseguir la luz comprimida, juega un papel fundamental la superficie donde se incide. Ahí entra el trabajo realizado por la estudiante de doctorado en Nanogune, Irene Dolado, que ha desarrollado la metasuperfice para la luz infrarroja -que modifica la forma de las ondas de luz y direcciona su propagación-, siguiendo las directrices marcadas por Saúl Vélez.
Con técnicas avanzadas, la donostiarra, como la litografía por haz de electrones y el grabado de pequeñas láminas de nitruro de boro de alta calidad proporcionado por la Universidad de Kansas, construyó una rejilla rayada para conseguir que la luz se propague con longitudes de onda diferentes según la dirección que tome. «La complejidad ha estado en dar con la distancia entre el espaciado», apunta la joven investigadora.
También ha tenido mucho protagonismo el instrumental empleado, en concreto un microscopio de barrido de campo cercano, desarrollado por Rainer Hillenbrand. Solo existen cien en todo el mundo, y además su diseñador lo ha seguido perfeccionando en San Sebastián.
A la pregunta de cuál es el siguiente paso que van a dar, el director del grupo de Nanoóptica explica misterioso que es «en encontrar materiales naturales en cuya superficie la luz actúe de forma similar a la metasuperficie hiperbólica», porque también es otra teoría científica previa que todavía no se ha podido comprobar.
Este equipo de investigadores de Nanogune está dando pasos en la buena dirección y parece que ya hay alguno que cuenta con todas las características para ser el adecuado pero, como señala, «de momento es un secreto».
EL TIEMPO


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