lunes, 8 de agosto de 2011

Manipulando la luz con metamateriales


Científicos de la Universidad de Duke están trabajando en el estudio de otra propiedad de unas sustancias exóticas producidas por el ser humano, conocidas como metamateriales. En esta ocasión esta propiedad puede tener profundas implicaciones en el campo de la transmisión de información a través de la luz. La importancia de esto es que podría revolucionar el campo de las telecomunicaciones.

El equipo de la Escuela de Ingeniería Pratt de la Universidad de Duke está construyendo una envidiable reputación por el estudio y demostración de distintas propiedades potenciales de los metamateriales. Por ejemplo, ya hablamos en un artículo pasado de estudios con respecto al uso de metamateriales para mejorar la transmisión de energía.

En la actualidad, el Santo Grial de la investigación fotónica, es la creación de un conmutador óptico que permita la conección de múltiples líneas datos de fibra óptica sin la necesidad de convertirlas en señales electrónicas. De conseguirse esto, la velocidad de transmisión se incrementaría en varias órdenes de magnitud y el consumo de energía se reduciría dramáticamente, una consideación importantes cuando al menos un 10% del consumo de electricidad en Estados Unidos se debe al uso de computadoras y al acceso de datos por medios informáticos. Los ingenieros en Duke afirman que han desarrollado un metamaterial que permite manipular la frecuencia y dirección de la luz a voluntad.

Algunos materiales cristalinos naturales pueden tomar la luz de un láser, doblar su frecuencia y focalizarla en en haz. Este fenómeno es empleado por ejemplo en los punteros láser de estado sólido. Lo que los estudiantes graduados de Duke Alec Rose y Da Huang han conseguido es introducir no linealidades singulares de una forma controlada, lo que les permite orientar la dirección del haz láser de frecuencia doblada. Este logro por si sólo tiene enormes implicaciones que pueden llevar al desarollo del tan buscado conmutador óptico.

Los metamateriales son materiales con estructuras enrejadas fabricadas de sustancias distintas los cuáles no existen en la naturaleza y pueden  producir una refracción negativa cuando la luz pasa a través de ellos. Para que sean capaces de modificar los haces de luz estos materiales deben ser contruidos a escala nanométrica lo cual puede resultar inconveniente para propósitos de investigación. En Duke, los ingenieros están empleando microondas con una mayor longitud de onda para probar metamateriales que puedan ser construidos a la escala humana.

El dispositivo en sí mismo mide 15 x 20 x 2.5 centímetros  y está hecho de filas y filas de piezas individuales dispuestas en filas paralelas. Cada pieza es fabricada del mismo material de fibra de vidrio empleado en placas de circuitos y está grabada con círculos de cobre. Cada uno de estos círculos tiene un pequeño espacio que es atravesado por un diodo, el cual cuando es excitado por la radiación de microondas que pasa a través de él, romple su simetría natural, lo cual crea lo que se conoce como una no linealidad.

Al ser la óptica el futuro de las telecomunicaciones, si llegamos a controlar la luz de la misma manera que controlamos las corrientes electricas en los aparatos electrónicos, será un paso fundamental que con toda seguridad transformará las telecomunicaciones.

Ahora, otros investigadores deberán probar este material con luz visible con el fin de elaborar posibles aplicaciones al mundo real.





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