Un grupo de físicos de Rusia, Suecia y Estados Unidos han demostrado un efecto óptico muy inusual. Consiguieron absorber "virtualmente" la luz utilizando un material que no tiene capacidad de absorción de luz. Los resultados de la investigación, publicado en Optica , abren nuevos caminos para la creación de elementos de memoria para la luz.

La absorción de radiación electromagnética, incluida la luz, es uno de los principales efectos del electromagnetismo. Este proceso tiene lugar cuando la energía electromagnética se convierte en calor u otro tipo de energía dentro de un material absorbente (por ejemplo, durante la excitación de electrones). Carbón, La pintura negra y las matrices de nanotubos de carbono, también conocidas como Vantablack, aparecen negras porque absorben la energía de la luz incidente casi por completo. Otros materiales, como vidrio o cuarzo, no tienen propiedades absorbentes y, por lo tanto, se ven transparentes.

En su investigación teórica, cuyos resultados fueron publicados en la revista Optica , los físicos lograron disipar esa noción simple e intuitiva haciendo que un material completamente transparente pareciera perfectamente absorbente. Para lograr eso, los investigadores emplearon propiedades matemáticas especiales de la matriz de dispersión, una función que relaciona un campo electromagnético incidente con el dispersado por el sistema. Cuando un haz de luz de intensidad independiente del tiempo golpea un objeto transparente, la luz no se absorbe, pero se dispersa por el material, un fenómeno causado por la propiedad unitaria de la matriz de dispersión. Resultó, sin embargo, que si la intensidad del haz incidente varía con el tiempo de cierta manera, la propiedad unitaria puede romperse, por lo menos temporalmente. En particular, si el crecimiento de la intensidad es exponencial, la energía total de la luz incidente se acumulará en el material transparente sin dejarlo (fig. 1). Siendo ese el caso, el sistema parecerá perfectamente absorbente desde el exterior.

Para ilustrar el efecto, los investigadores examinaron una fina capa de un dieléctrico transparente y calcularon el perfil de intensidad requerido para la absorción de la luz incidente. Los cálculos confirmaron que cuando la intensidad de la onda incidente crece exponencialmente (la línea de puntos en la figura 2), la luz no se transmite ni se refleja (la curva continua de la fig. 2). Es decir, la capa parece perfectamente absorbente a pesar de que carece de la capacidad de absorción real. Sin embargo, cuando el crecimiento exponencial de la amplitud de la onda incidente se detiene (en t =0), la energía encerrada en la capa se libera.

"Nuestros hallazgos teóricos parecen ser bastante contradictorios. Hasta que comenzamos nuestra investigación, ni siquiera podíamos imaginar que sería posible realizar tal truco con una estructura transparente, "dice Denis Baranov, estudiante de doctorado en MIPT y uno de los autores del estudio. "Sin embargo, fueron las matemáticas las que nos llevaron al efecto. Quién sabe, la electrodinámica bien puede albergar otros fenómenos fascinantes ".

Los resultados del estudio no solo amplían nuestra comprensión general de cómo se comporta la luz cuando interactúa con materiales transparentes comunes, pero también tienen una amplia gama de aplicaciones prácticas. Para dar un ejemplo, la acumulación de luz en un material transparente puede ayudar a diseñar dispositivos de memoria óptica que almacenarían información óptica sin pérdidas y la liberarían cuando fuera necesario.