Existen varias formas de “atrapar“ un rayo de luz (como con espejos u otras superficies reflectantes, con materiales de alta tecnología como los cristales fotónicos, etc), pero ahora investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) han descubierto un nuevo método para atrapar la luz que podría encontrar una amplia variedad de aplicaciones.
El nuevo sistema, ideado por un modelo informático y demostrado experimentalmente, enfrenta ondas de luz. Se establecen dos ondas con la misma longitud de onda, pero con fases exactamente opuestas, donde una onda tiene una cresta, la otra tiene un valle, de manera que se anulan entre sí. Mientras tanto, la luz de otras longitudes de onda (o colores) puede atravesar libremente.
Según los investigadores, este fenómeno podría aplicarse a cualquier tipo de ondas: ondas sonoras, ondas de radio, electrones (cuyo comportamiento puede ser descrito por las ecuaciones de onda), e incluso las ondas en el agua.
El descubrimiento se publicó esta semana en la revista Nature por los profesores de Física Marin Soljačić y John Joannopoulos, Steven Johnson, profesor asociado de matemáticas aplicadas, y los estudiantes de posgrado Chia Hsu Wei, Bo Zhen, Jeongwon Lee y Song-Liang Chua.
Para muchos dispositivos ópticos que desee construir, incluyendo láseres, células solares y fibra óptica, necesita una manera de limitar la luz
Dice Soljačić
Esto se ha logrado gracias a la utilización de diversos tipos de espejos, incluyendo espejos tradicionales y espejos dieléctricos más avanzados, así como cristales fotónicos y dispositivos que se basan en un fenómeno llamado localización de Anderson. En todos estos casos, el paso de la luz se bloquea.
En la terminología de la Física, no hay estados permitidos para que la luz continúe su camino, por lo que se ve obligada a una reflexión. En el nuevo sistema, sin embargo, no es el caso. En su lugar, la luz de una longitud de onda particular, es bloqueada por interferencia destructiva de otras ondas que están completamente fuera de fase.
Es una forma muy diferente de confinar la luz
Dice Soljačić.
Si bien las aplicaciones prácticas son la última preocupación, en este momento el equipo se centra en el descubrimiento de un nuevo e inesperado fenómeno.
Nuevos fenómenos físicos a menudo permiten nuevas aplicaciones”, dice Hsu. Las aplicaciones posibles, sugiere, podría incluir láseres y sensores químicos o biológicos de gran superficie.
Los investigadores vieron por primera vez la posibilidad de este fenómeno a través de simulaciones numéricas, que más tarde verificaron experimentalmente.
En términos matemáticos, el nuevo fenómeno (donde una frecuencia de luz queda atrapada, mientras que otras cercanas no) es un ejemplo de un “valor propio incrustado“. Esto ya había sido descrito como un posibilidad teórica por el matemático John von Neumann en 1929. Desde entonces, muchos físicos andaban interesados en este efecto pero ninguno había visto antes este fenómeno en práctica, salvo en casos especiales de simetría.
Este trabajo es muy significativo porque representa una nueva especie de espejo que, en principio, tiene una reflectividad perfecta
Dice A. Douglas Stone, profesor de Física en la Universidad de Yale, que no participó en esta investigación.
El hallazgo, dice, es sorprendente, ya que se creía que las superficies de cristal fotónico obedecían las leyes usuales de refracción y reflexión, pero en este caso no lo hacen.
Stone concluye que:
Esto es en realidad una realización de la famosa frase “bound state in the continuum”(estado ligado en el continuo) propuesto por von Neumann y Wigner en los albores de la teoría cuántica, pero en una forma práctica y realizable. El potencial de las aplicaciones que los autores mencionan, láseres monomodo de alta potencia y gran superficie con sensores químicos y biológicos, es muy intrigante y emocionante si logran sacarlo
Vía | MIT
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Vía Xatakaciencia
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