Actualizado 16/10/2014 16:52 CET

Espejos magnéticos reflejan la luz de forma misteriosa

Espejo normal y magnético
Foto: S. LIU ET AL.

MADRID, 16 Oct. (@CIENCIAPLUS) -

   Al igual que en el viaje de Alicia a través del espejo al País de las Maravillas, los espejos del mundo real pueden comportarse, a veces, de maneras sorprendentes e inesperadas, incluyendo una nueva clase de espejo que funciona como ningún otro.

   Un estudio, publicado por 'Optica', ha descubierto un nuevo tipo de espejo que renuncia a la familiar superficie metálica y brillante y refleja la luz infrarroja mediante el uso de una propiedad magnética inusual, un metamaterial no metálico.

   Mediante la colocación de antenas a nanoescala --en él o muy cerca de su superficie-- los científicos han sido capaces de captar y aprovechar la radiación electromagnética en formas que podrían tener un gran potencial para nuevas clases de sensores químicos, células solares, láseres y otros dispositivos optoelectrónicos.

   "Hemos logrado un nuevo hito en la tecnología de espejo magnético al demostrar experimentalmente este comportamiento notable de la luz en longitudes de onda infrarrojas", ha indicado uno de los autores del trabajo, Michael Sinclair, del Laboratorio Nacional de Albuquerque (Estados Unidos). Según ha señalado, este avance "proviene del uso de una superficie de diseño especial, no metálica tachonada de resonadores a nanoescala".

   Estos resonadores en forma de cubo a nanoescala, con base en el elemento telurio, son considerablemente más pequeños que el ancho de un cabello humano, y aún más diminutos que las longitudes de onda de luz infrarroja, que es esencial para lograr el comportamiento magnético del espejo en estas increíblemente cortas longitudes de onda.

   "El tamaño y forma de los resonadores son críticos para determinar sus propiedades magnéticas y eléctricas, las que le permiten interactuar de forma única con la luz", ha apuntado el investigador. Además, ha indicado que la dispersión es a través de un rango específico de longitudes de onda para producir un efecto de espejo magnético.

PRIMEROS DISEÑOS DE ESPEJOS MAGNÉTICOS

   Los espejos convencionales reflejan la luz mediante la interacción con el componente eléctrico de la radiación electromagnética. Sin embargo, debido a esto no hacen más que invertir la imagen y el campo eléctrico de la luz. Aunque esto no tiene impacto en el ojo humano, los investigadores destacan que sí tiene importantes implicaciones en la física, especialmente en el punto de reflexión donde los campos eléctricos opuestos entrantes y salientes producen un efecto de cancelación.

   En contraste, un espejo magnético refleja la luz mediante la interacción con su campo magnético, conservando sus propiedades eléctricas originales. "Un espejo magnético, por lo tanto, produce un campo eléctrico muy fuerte en la superficie del espejo, lo que permite una máxima absorción de la energía de onda electromagnética y allanando el camino para nuevas aplicaciones", ha explicado el científico.

   Los expertos apuntan que apenas hay materiales naturales que reflejen la luz magnéticamente. Los campos magnéticos se pueden reflejar en partículas cargadas como los electrones y protones. Pero los fotones, que no tienen carga, lo atraviesan libremente.

   La naturaleza no proporciona una forma de reflejar la luz magnéticamente, de ahí que los científicos hayan desarrollando los metamateriales (materiales que no se encuentran en la naturaleza, diseñados con propiedades específicas) que son capaces de producir el efecto magnético en el espejo. Inicialmente, esto sólo podía lograrse a frecuencias de microondas y, por tanto, permitía pocas aplicaciones, tales como antenas de microondas.

LOS NUEVOS DISEÑOS NO METÁLICOS

   Para superar estas limitaciones, el equipo desarrolló estructuras a nanoescala de resonadores dieléctricos no metálicos, en un diseño especial bidimensional, que interactúan fuertemente con el componente magnético de la luz entrante. Estos resonadores tienen un número de ventajas importantes sobre los diseños anteriores.

   En primer lugar, el material dieléctrico que utilizan, telurio, tiene pérdida de señal mucho menor que los metales, haciendo el nuevo diseño mucho más reflectante a longitudes de onda infrarrojas y creando un campo eléctrico mucho más fuerte en la superficie del espejo. En segundo lugar, los resonadores a nanoescala pueden ser fabricados usando procesos de deposición-litografía y grabado estándar, que ya se utilizan ampliamente en la industria.

   Las propiedades reflectantes de los resonadores surgen porque se comportan, en algunos aspectos, como los átomos artificiales, absorbiendo y luego remitiendo fotones. Los átomos hacen esto naturalmente mediante la absorción de fotones con sus electrones externos y luego reemitting los fotones en direcciones aleatorias.

   Tras probar este nuevo estudio, los investigadores miran ahora hacia el futuro, en el que buscarán otros materiales para demostrar el comportamiento espejo magnético en longitudes de onda ópticas, incluso más cortas, donde se pueden encontrar aplicaciones muy amplias. "Podrían permitir fotodetectores, células solares, y posiblemente láseres de menor tamaño", concluye la investigación.

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