Las interacciones entre la luz y la materia son una unidad fundamental de la física moderna, pero recientemente los investigadores han comenzado a mirar más allá de las interacciones estándar de los libros de texto.

Alexandra Boltasseva es profesora de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue. Durante años, ha estado trabajando con metamateriales ópticos (materiales diseñados artificialmente que contienen nanoestructuras que les dan propiedades visuales únicas) para crear nanotweezers, metasuperficies y otros objetos diminutos. Ahora, ella está explorando un capítulo completamente nuevo de la física.

"Si miramos un libro de texto y hay un capítulo sobre cómo la luz interactúa con la materia, iría desde cómo la luz interactúa con los materiales transparentes hasta cómo la luz interactúa con los materiales reflectantes, Boltasseva dijo. "Lo que vamos a estudiar es esta área entre los dos tipos".

Cuando la luz se propaga a través de materiales transparentes, la luz no cambia mucho, lo que significa que tiene una permitividad dieléctrica positiva (también llamada épsilon). Lo contrario es cierto para los materiales reflectantes, que expulsan luz y tienen una permitividad negativa (épsilon negativo). Entre lo positivo y lo negativo hay un exótico, región en gran parte inexplorada conocida como Epsilon-Near-Zero (ENZ).

Cuando la luz entra en un medio cuya permitividad es cero, los observadores verán la misma luz entrando y saliendo. Es casi como si la luz hiciera un túnel de un lado a otro sin cambiar sus propiedades, un fenómeno poco probable en física.

"Dado que cero es tan diferente de más y menos uno, esperamos que sucedan muchas cosas interesantes allí, ", Dijo Boltasseva." Pone en juego completamente la nueva física y los conocimientos ".

Medios ENZ convencionales, como el metal, tienen cruces por cero que ocurren naturalmente pero a menudo experimentan pérdida de material (absorción de luz) en ese punto. Encontrar un material que tenga un cruce por cero pero que no permita la absorción de luz será difícil, Dijo Boltasseva.

El equipo de investigación planea experimentar tanto con materiales naturales como con nuevos metamateriales, aunque es más probable que los materiales naturales experimenten absorción. Agregar un medio amplificador de luz podría contrarrestar la absorción, pero sería un desafío. El grupo cree que los óxidos conductores transparentes y los nitruros de metales de transición (materiales recientemente desarrollados que tienen un punto ENZ de origen natural en los rangos de longitud de onda visible e infrarrojo cercano, así como propiedades ópticas adaptables) podrían ayudar a resolver este problema.

Aunque Boltasseva cree que el mayor impacto de este proyecto será en la ciencia fundamental, ella cree que también conducirá a nuevas aplicaciones de dispositivos.

"La modulación ultrarrápida es uno de los grandes problemas de la óptica. Siempre hay una compensación. O estás cambiando las cosas muy lentamente a una gran amplitud, o muy rápido pero en un rango pequeño. Espero que podamos romper este ciclo ", dijo." Esto podría conducir a una variedad de dispositivos ópticos ultrarrápidos para las tecnologías de la información y la comunicación ".