Crean un material que se vuelve transparente al ser iluminado por un láser

Investigadores británicos y suizos han desarrollado una novedosa tecnología que permite que un material creado en laboratorio y compuesto por cristales que funcionan como átomos y ondas al mismo tiempo se convierta en transparente y amplíe el flujo lumínico vertido inicialmente por un rayo láser sobre dicho material.

De momento, el efecto óptico sólo se ha conseguido en un laboratorio, pero los investigadores esperan darle múltiples aplicaciones, como ver a través de los escombros producidos por un terremoto o mirar las partes más escondidas del cuerpo humano.

El sistema se basa en proyectar un rayo láser sobre un objeto sólido especialmente diseñado para tal fin en un laboratorio. A través de esta tecnología, el material opaco se vuelve totalmente transparente, abriendo una pequeña ventana circular transparente.

La proeza ha sido realizada por científicos del Imperial College de Londres y de la Universidad de Neuchatel, en Suiza. Han creado en laboratorio un nuevo material que aprovecha el movimiento ondulante de los átomos en la materia, consiguiendo que interactúen con el rayo láser de una forma completamente nueva. Su trabajo ha sido publicado por Nature Materials.

Para generar el nuevo material, los científicos crearon cristales que miden varias millonésimas de milímetro y que se comportan como átomos artificiales. Cuando la luz es emitida sobre ellos, los cristales se unen unos con otros a nivel molecular, convirtiendo el material en transparente.

Este nuevo material transparente creado a partir de la reunión de cristales, se vuelve mitad materia y mitad luz al contacto con el láser, lo que permite ampliar la luminosidad sin necesidad de generar previamente el fenómeno que los físicos denominan inversión de población.

Aprovechando el movimiento ondulante

Según explica uno de sus creadores, el profesor Chris Phillips, en un comunicado del Imperial College, este efecto está relacionado con una propiedad de la materia que normalmente es ignorada: el hecho de que los electrones que la forman se mueven como si fueran olas (ondas).

Lo que los investigadores han aprendido es cómo controlar directamente dichas olas. Y aunque el efecto, de momento, sólo se ha conseguido en laboratorio, promete todo un abanico de aplicaciones en un futuro.

El término “inversión de población” hace referencia al hecho físico de conseguir que la mayoría de los átomos sobre los que incide la luz pase de un estado base a un estado excitado, de manera que haya mayor número de átomos excitados (que emitirán fotones al contacto con la luz, aumentando el flujo lumínico) que átomos en estado base en el momento de la incidencia lumínica sobre el material. Para lograr la inversión de población se debe proporcionar previamente energía a los átomos, de forma que cambien de estado.

La incidencia del láser sería denominada “emisión estimulada” y provocaría un proceso atómico que ya fue previsto teóricamente por Einstein en 1917: si un fotón emitido por un átomo incide sobre otro que tiene un electrón en estado excitado, el fotón incidente estimula la emisión de un segundo fotón, idéntico al primero en longitud de onda, fase y dirección.

Por primera vez en sólidos

Los físicos cuánticos, sin embargo, habían predicho hace mucho tiempo que interfieriendo con los patrones de movimiento de los átomos la luz puede amplificar el número de fotones sin necesidad de que haya inversión de población. Esto se había demostrado con los átomos de algunos gases, pero, hasta el momento, nunca se había hecho con sólidos.

Tal como explica al respecto The Guardian, merced a la tecnología desarrollada ahora, el láser provoca en el material creado en laboratorio ondas de electrones que interfieren las unas con las otras y se eliminan entre sí.

En ese momento la luz puede pasar a través del material iluminado por el láser. En la actualidad, el material —que mide unas millonésimas de milímetro— es un bit inteligente, pero el efecto podría recrearse más adelante en otros materiales con un láser especial.

Cuando la luz toca un material es absorbida por electrones. Pero cuando el material preparado en laboratorio es alcanzado por el láser, ocurre algo extraño, lo que se explica por el hecho de que los electrones pueden comportarse como partículas y ondas al mismo tiempo.

Fibra óptica

Los investigadores también han descubierto que la luz que pasa a través de este nuevo material se desacelera, y podría ser completamente detenida y guardada. De ser así, tendría importantes implicaciones en lo que se refiere al almacenamiento de información segura.

Cuando se envía información, por ejemplo, en forma de impulsos lumínicos a través de la fibra óptica, una parte de ésta siempre se pierde (aunque no tanto como en el caso de los cables de cobre) como consecuencia de los fenómenos de la refracción y de la dispersión de la luz.

La nueva tecnología ofrecería un medio de envío de señales luminosas a través de la red que no sufriría el efecto de esos fenómenos. Sin embargo, para que esta tecnología pueda tener estas u otras aplicaciones, seré necesario primero disponer de láseres más efectivos y de una nueva generación de ordenadores.