Demuestran las posibilidades de control de la luz en la frecuencia de terahercios

La revista científica Journal of Optics ha dedicado la portada de su número especial sobre fotónica en el infrarrojo medio y terahercios al trabajo desarrollado por los investigadores de la Universidad Pública de Navarra Víctor Pacheco Peña, Víctor Torres, Miguel Beruete y Miguel Navarro-Cía (egresado que actualmente trabaja en el Imperial College London), junto con Nader Engheta (Universidad de Pennsilvania), uno de los máximo expertos mundiales en metamateriales. En su investigación han propuesto diversos dispositivos capaces de redirigir las ondas electromagnéticas con eficiencias próximas al 100%.

Para explicar en qué consiste su trabajo, proponen el siguiente ejemplo: “Si iluminamos con una linterna una pared en la que hemos practicado un agujero, la experiencia nos dice que cuanto mayor sea el agujero, más luz pasará al otro lado. Sin embargo, si ahora rellenamos el agujero con un metamaterial ENZ, ocurre algo que parece desafiar la lógica: cuanto menor es el agujero, más luz lo atraviesa. Este fenómeno tiene una tremenda implicación práctica porque abre nuevas vías a la miniaturización de múltiples componentes y al control de la luz”.

Los metamateriales son materiales artificiales con propiedades que van más allá de las de los medios naturales. Para comprender cómo funcionan podemos fijarnos en la propia naturaleza: mientras que los elementos naturales adquieren sus propiedades físicas de los átomos que los componen y la manera en que se ordenan, los metamateriales usan medios naturales, tales como pequeños fragmentos metálicos, que se encajan como piezas de un mecano para sintetizar artificialmente propiedades imposibles de encontrar de otra manera. Inicialmente propuestos para el control de radiación electromagnética, en la actualidad su uso se ha generalizado y extendido a otras áreas como las ondas mecánicas (el sonido, por ejemplo).

En el trabajo reseñado se proponen diversos dispositivos compactos, formados por tubos metálicos rectangulares con aperturas extremadamente estrechas, con unas dimensiones diseñadas de tal modo que son capaces de redirigir las ondas electromagnéticas con eficiencias próximas al 100%. Esos huecos son capaces de emular un metamaterial ENZ (siglas de Epsilon Near Zero, que significa permitividad cercana a cero), de modo que no es preciso “rellenarlos” con nada para obtener propiedades sorprendentes.

Propiedades sorprendentes

Entre los metamateriales electromagnéticos, los mencionados ENZ permiten lograr el superacoplo de la luz, el efecto túnel y el confinado de la energía en espacios infinitamente reducidos. “Retomando el ejemplo inicial –señalan los autores del trabajo–, el superacoplo significa que toda la luz se transferirá de un lado a otro de la pared para cualquier forma de agujero que queramos practicar; el efecto túnel se refiere a que la luz atravesará un agujero de cualquier longitud, sin importar lo largo que lo queramos hacer; y el confinado de energía se debe a que la luz se transfiere incluso para agujeros muy pequeños, con lo que la energía dentro del orificio se comprime enormemente”.

Con este trabajo, se ha demostrado teóricamente y mediante simulaciones el funcionamiento de direccionadores de haz y divisores de potencia para las ondas de terahercio, de alto interés dado su enorme potencial en sectores como la seguridad, ingeniería biomédica, farmacia, espacio, etc. En la actualidad los autores de esta investigación están trabajando en la confirmación experimental del estudio. En ese sentido, hacen hincapié en que “esto supone un hito más en una iniciativa de carácter internacional, de casi cuatro años de duración”.