Un prisma de metamateriales le da la vuelta al arcoíris

En un arcoíris corriente encontramos siempre el rojo en la más parte exterior y el violeta en la más interior. Este fenómeno óptico consiste en la aparición de un espectro de frecuencias de luz continuo en el cielo, cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas gotas de agua contenidas en la atmósfera terrestre, o en cualquier parte, si la luz atraviesa un prisma de cristal.
 
Ahora, científicos de la Universidad de Coimbra, del Instituto Universitario de Lisboa, y de la Universidad de Lisboa (Portugal) han diseñado un prisma que genera un arcoíris inverso.

Según informa la revista Physorg, el nuevo prisma está hecho de metamateriales, que son materiales artificiales con propiedades que no se encuentran normalmente en los materiales naturales. Estos metamateriales obtienen propiedades únicas a partir de su estructura y no de su composición.
 
En este caso, el metamaterial empleado hace que la refracción de la luz sea más fuerte en el caso de las longitudes de onda más largas, lo que invierte el orden de los siete colores.

Dispersión alternativa de la luz

Como explican los científicos, los materiales cristalinos naturales, como el vidrio y el agua, tienen una estructura local, esto es, en ellos, los átomos se encuentran aislados en diversos puntos de la red y sobre todo interactúan solo con sus vecinos más cercanos.
 
En contraste, los átomos del nuevo metamaterial están todos interconectados a través de alambres metálicos cruzados. En la estructura no local resultante, la respuesta de cada átomo a la luz se “enreda” con las respuestas de otros átomos, incluso los que se encuentran alejados, dentro del cristal.

Esto respuesta no local modifica la forma en que el metamaterial dispersa las diferentes frecuencias de la luz, produciendo un efecto que se denomina "dispersión anómala", que es opuesto al de las gotas de agua o al de los prismas de vidrio.
 
Los investigadores han demostrado este efecto tanto en experimentos como en simulaciones. Su prototipo consiste en una pila de 297 placas de circuitos impresos con tiras metálicas de 0,25 mm de ancho, que conectan las reacciones de los átomos. Aunque el prototipo opera sólo en la región de las microondas, el fenómeno también se pudo demostrar en partes visibles y otras partes del espectro.
 
Potenciales aplicaciones
 
Además de crear un arcoíris inverso, este metamaterial podría tener otras aplicaciones, como mejorar instrumentos ópticos a través de la reducción de la distorsión de imágenes o de las aberraciones cromáticas (que son distorsiones provocadas por la imposibilidad de una lente para enfocar todos los colores en un único punto de convergencia).
 
El uso de otro tipo de metamateriales ya había sido contemplado para el desarrollo de microscopios ultrapotentes y de hiperlentes e incluso de capas de invisiblilidad.
 

Referencia bibliográfica:
 
Tiago A. Morgado, et al. Reversed rainbow with a nonlocal metamaterial. Applied Physics Letters (2014). DOI: 10.1063/1.4905152.