miércoles, 7 de noviembre de 2012

Metamateriales y nanotecnología: el camino hacia la invisibilidad


Durante aproximadamente un siglo, los físicos han considerado imposible poder crear un manto capaz de hacer invisible lo que existe realmente ante nuestros ojos. Pero las leyes de la óptica han cambiado. Los científicos crearon ya hace unos años un material exótico que modificaba el comportamiento de la luz visible.


Nuestro oído no puede captar sonidos fuera del rango de frecuencias audibles (frecuencias entre 20Hz y 20.000Hz), como por ejemplo un silbato ultrasónico para perros (que pueden oír un rango de frecuencias de 30Hz a 50.000Hz). Los humanos no podemos percibir este sonido, pero el silbato lo produce realmente, ya que el perro si es susceptible a detectar el mismo.

De la misma forma pasa con la luz visible. La luz es una onda, y como todas las ondas, se encuentra dentro de un rango de frecuencias, que vienen determinadas por su longitud de onda dentro del espectro de radiación.


Si se consigue que un objeto pueda cambiar el comportamiento de la luz visible ante él, dejará de estar presente al ojo humano, pero lógicamente seguirá existiendo en la realidad. De esta manera actúa un metamaterial.

¿Qué son los metamateriales y cómo se crean?

Los metamateriales son aquellos que tienen características ópticas que no se encuentran en la naturaleza, por lo que se crean desde cero en los laboratorios, es decir, son totalmente artificiales. Se crean insertando en una substancia pequeños implantes que obligan a las ondas electromagnéticas de la luz visible a curvarse en formas heterodoxas. Estos metamateriales están hechos de substancias como cobre, plata, fibra de vidrio u otros componentes metálicos, y están formados de tal forma que crean intricados mosaicos de patrones que se repiten.

La refracción es la curvatura que experimenta la trayectoria de la luz cuando atraviesa un medio transparente, Por ejemplo, al meter la mano en una piscina, se observa como el agua distorsiona y curva la trayectoria de la luz. Los metamateriales pueden interactuar con las ondas electromagnéticas de una forma que ningún otro material puede, creando un índice de refracción negativo. Sería como si esa mano que sumergimos en la piscina apareciera sobresaliendo por encima del agua.

Otra forma de crear metamateriales es utilizando la nanotecnología, para que el material curve la luz visible. Para ello, se hace uso de tecnologías ya disponibles, como una técnica llamada "fotolitografía", que está revolucionando el mundo de los ordenadores.

Avances en este campo

Los metamateriales aparecieron por primera vez teorizados en un artículo del físico ruso Víctor Veselago, en 1967, demostrando que tenían propiedades ópticas extrañas. Pero fue en la década de los 90 cuando el físico británico John Pendry aportó la base matemática de los metamateriales y de lo que le ocurriría a la luz si interactuaba con ellos.

En el 2006, el Dr. David Smith de la Universidad de Duke (Carolina del Norte, Estados Unidos) y el Dr. John Pendry del Imperial Collage de Londres utilizaron metamateriales para hacer invisible un objeto a la radiación de microondas. Lo que consiguieron fue que las microondas bordearan el objeto, tal como el agua bordea una roca en un río, de forma que si estamos bajo este río, el patrón que sigue el agua no nos dice que hay una roca río arriba. Este proyecto resultó tan relevante que fue financiado por la DARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa) del Pentágono.

A principios de 2007, científicos alemanes y del Departamento de Energía de Estados Unidos, anunciaron que por primera vez en la historia, se había conseguido crear un metamaterial capaz de ocultarse bajo la luz roja del espectro electromagnético.

Sin dejarse intimidar por los límites técnicos, en 2008, Xiang Zhang, de la Universidad de California (en Berkeley), hizo desaparecer un pequeño objeto de la vista, cuando lo rodeó de un anillo de metamateriales hechos de plata y fluoruro de magnesio con una estructura en red a escala nanométrica.

En 2011, las investigaciones van más allá, y científicos de la Universidad de Texas, liderados por Andrea Alu, consiguieron hacer invisible un objeto tridimensional al aire libre utilizando metamateriales.

Bajo secreto militar

Hacer estos ensayos a gran escala será muy difícil con total seguridad, además de caro, lo que convierte a estas investigaciones en proyectos propios de uso militar y de inteligencia, financiados por agencias de estos sectores.

Actualmente, la invisibilidad entra dentro de las leyes de la física, pero las investigaciones avanzadas en ese campo son tan importantes que se mantienen en secreto. Sin embargo, los investigadores siguen intercambiando conocimientos en conferencias internacionales que tienen lugar cada año y en las que intervienen también científicos españoles.

Los científicos creen probable que para finales de siglo, la invisibilidad de objetos bajo el espectro de la luz visible sea una realidad.

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