Estereometamateriales – la “repera” en materiales fotónicos configurables

dibujo20090226stereometamaterialunitNo sé a vosotros, pero a mí los avances en fotónica de metamateriales me apabullan. Que se pueda curvar la luz a gusto o lograr la invisibilidad de un objeto me resulta casi mágico. Pero los avances en nanofotónica de metamateriales son más sorprendentes aún. Se acaba de publicar en Nature Photonics un nuevo concepto, los estereometamateriales, basados en apilar tridimensionalmente nanounidades que permiten configurar las propiedades ópticas del metamaterial resultante. ¡Increíble! El artículo técnico es Na Liu, Hui Liu, Shining Zhu, Harald Giessen, “Stereometamaterials,” Nature Photonics, Advance Online Publication 22 Feb 2009 .

La Estereoquímica es la rama de la Química que estudia las propiedades tridimensionales de las moléculas. Los estereoisómeros son materiales que tienen la misma fórmula química pero diferente disposición espacial de los átomos que forman la molécula. Las propiedades químicas de los estereoisómeros pueden ser muy diferentes entre sí.

En fotónica, un metamaterial es un medio estructurado, que consiste en la disposición espacial “ordenada” de un conjunto de celdas elementales cuyo tamaño es menor que la longitud de onda de la luz (que incidirá sobre el metamaterial). Los metamateriales pueden ser diseñados con propiedades exóticas, como índices de refracción negativos (permitividad y permeabilidad efectivas ambas negativas). Los estereometamateriales nanofotónicos son metamateriales cuyas celdas elementales están formadas por elementos que se pueden configurar tridimensionalmente con ciertos grados de libertad. Por ejemplo, la figura de arriba muestra una celda unidad de un metamaterial formada por dos resonadores en “U” (split-ring resonators o SRRs) que pueden rotar entre sí un ángulo ajustable. El metamaterial estará formado por muchas de estas celdas dispuestas en un matriz plana o tridimensional. Controlando el ángulo entre las “U” en cada celda unidad se puede lograr configurar a medida muchas de las propiedades fotónicas del metamaterial resultante.

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El estudio presentado por Na Liu y sus colaboradores es tanto teórico, con modelos aproximados basados en un formalismo lagrangiano y resultados numéricos precisos, como experimental. La figura de arriba muestra la transmitancia óptica en el infrarrojo cercano bajo incidencia normal medida experimentalmente en función de la frecuencia para 3 diferentes ángulos de rotación entre los resonadores en “U”. Han fabricado los resonadores en oro y los han insertado en un fotopolímero que sirve de dieléctrico separador. Los resultados experimentales y teóricos coinciden en gran medida.

Es difícil imaginar la infinidad de aplicaciones que tendrán estos nuevos metamateriales gracias al control de sus propiedades fotónicas que posibilitan los grados de libertad de sus celdas elementales. Conformen vayan surgiendo ya las iremos relatando.


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