Unos investigadores de la Universidad de St. Andrews han creado unas hojas de metamaterial flexible capaces de manipular la luz visible. "Se trata de un avance muy importante", afirma Steven Cummer, profesor de ingeniería eléctrica e ingeniería informática de la Universidad Duke e inventor de la primera capa de invisibilidad basada en metamateriales. "Sabemos cómo fabricar muchas de estas cosas para frecuencias de ondas de radio, pero a las longitudes de onda ópticas, nos hemos encontrado con muchas limitaciones de fabricación."Los metamateriales permiten a los investigadores manipular ondas electromagnéticas más allá de los límites de lo que la física permite en los materiales naturales. Aparte de prometedoras mejores células solares y lentes de microscopio de alta resolución, los metamateriales también se han utilizado para crear las llamadas capas de invisibilidad, en las que las ondas electromagnéticas se doblan alrededor de un objeto como si simplemente no estuviera allí.
Sin embargo, los metamateriales tienen que ser construidos a partir de elementos más pequeños que la longitud de onda de la radiación electromagnética manipulada. Esto significa que las capas de invisibilidad (y la mayoría de los dispositivos de metamateriales en general) sólo funcionarán con longitudes de onda más largas que las que se encuentran en la luz visible, tales como las frecuencias de radio y de microondas. Los metamateriales diseñados para trabajar con longitudes de onda ópticas se construyen sobre sustratos rígidos y frágiles, y como resultado han sido confinados a los laboratorios.
El nuevo metamaterial, llamado "Metaflex" por sus creadores, se fabrica sobre un sustrato rígido. En este sustrato se deposita una primera capa de sacrificio del material para impedir que se le adhieran las capas posteriores. A continuación, encima de él se coloca una hoja de un polímero plástico flexible y transparente. Entonces, un proceso litográfico, similar al utilizado para fabricar chips de silicio, graba un entramado de barras de oro, cada una entre 100 y 200 nanómetros de largo y de un espesor de 40 nanómetros, en la parte superior del polímero. (Estas barras actúan como "nanoantenas" que interactúan con las ondas electromagnéticas entrantes.) Finalmente, el material Metaflex es bañado en una sustancia química que libera el polímero de la capa inferior y del sustrato rígido.
Al variar la longitud y el espacio entre las nanoantenas, el Metaflex puede ser ajustado para interactuar con luz de diferentes longitudes de onda. Las hojas simples probadas por los investigadores simplemente bloquearon una porción de un haz de luz incidente de longitudes de onda específicas, pero esto es suficiente para demostrar que el Metaflex es un metamaterial que funciona. Los investigadores de la Universidad de St. Andrew probaron longitudes de onda de tan sólo 620 nanómetros (correspondiente al color rojo).
Hasta este momento, los investigadores han producido hojas flexibles de hasta cinco por ocho milímetros y de tan sólo cuatro micrómetros de espesor. Mientras que una muestra del tamaño de una uña puede parecer pequeña, representa un gran paso adelante frente a las dimensiones microscópicas de otros metamateriales ópticos. Los científicos de la Universidad de St. Andrew están seguros de que el Metaflex puede ser producido en tamaños más grandes y en grandes volúmenes. "Es totalmente escalable a nivel industrial", afirma Andrea Di Falco, el autor principal de un artículo que describe el material publicado ayer en el New Journal of Physics.
Incluso a pequeños tamaños, la flexibilidad del material probablemente le conferirá grandes ventajas. "Realmente nos gustaría ser capaces de dar a los metamateriales ópticos forma cilíndrica o de sección esférica." Esto podría permitir, por ejemplo, la creación de superlentes curvadas que podrían magnificar objetos tan pequeños que en la actualidad no pueden ser vistos con lentes ópticas a causa del efecto de la difracción. "En sustratos rígidos, es prácticamente imposible fabricar ese tipo de cosas", afirma Cummer de la Universidad de Duke, pero con un material flexible, "se podrían fabricar como planos y doblarlos en la forma deseada."
Di Falco cree que debería ser posible apilar múltiples hojas de Metaflex para crear capas y bloques gruesos del material, creando el primer metamaterial óptico con un grueso considerable en las tres dimensiones. Este evento abriría la puerta a nuevas propiedades, incluyendo, tal vez, la capacidad de trabajar con más de una longitud de onda a la vez. Otros investigadores han conseguido crear metamateriales que pueden ser ajustados para responder a diferentes longitudes de onda individuales después de su fabricación, pero lo ideal, sería poder crear un material capaz de trabajar simultáneamente con una amplia banda de longitudes de onda. Esto podría lograrse mediante la superposición de varias hojas de Metaflex, cada una preparada para una longitud de onda diferente.
El siguiente paso de los investigadores es crear estos bloques y estudiar cómo cambian las propiedades del Metaflex cuando las hojas son torcidas, estiradas o dobladas.
En última instancia, señala Di Falco, el Metaflex podría tener aplicaciones como la manipulación de la luz proveniente de un LED integrado en una lente de contacto de realidad aumentada, de forma que las imágenes generadas por un ordenador se proyectarían directamente a la retina del usuario. Además, por supuesto, hay la invisibilidad. "Si se dispone de algo flexible, sería posible integrarlo en un tejido. Entonces se podría pensar en ajustar las propiedades de cada capa individual para cambiar la respuesta del tejido, obteniendo algo similar al camuflaje. De forma que sí--hay motivos para pensar en el desarrollo [de capas de invisibilidad]. No mañana. Sin embargo, en eso es en lo que voy a estar trabajando", concluye Di Falco.
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