Investigadores de la Universidad de Duke han descubierto que un absorbente perfecto de ondas electromagnéticas que describieron en un artículo de 2017 se puede modificar fácilmente en una especie de "láser de tiempo invertido" conocido como un absorbente perfecto coherente (CPA).

La investigación apareció en línea el 28 de enero en la revista Materiales ópticos avanzados .

Un láser es un dispositivo que transforma la energía en luz coherente, lo que significa que las ondas de luz están perfectamente alineadas entre sí. Invirtiendo el proceso, un CPA, a veces llamado láser de tiempo invertido, es un dispositivo que absorbe toda la energía de dos ondas electromagnéticas idénticas que lo golpean desde ambos lados en perfecta sincronía. Es decir, las crestas y depresiones de sus olas entran en el material por ambos lados exactamente al mismo tiempo.

En 2017, Willie Padilla, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke, construyó el primer material capaz de absorber casi el 100 por ciento de la energía de una onda electromagnética sin contener ni un átomo de metal. El dispositivo era un metamaterial:materiales sintéticos compuestos de muchos características diseñadas que juntas producen propiedades que no se encuentran en la naturaleza.

Este metamaterial en particular presentaba cerámica de circonio construida en una superficie con hoyuelos con cilindros como la cara de un ladrillo Lego. Después de modelar computacionalmente las propiedades del dispositivo alterando el tamaño y el espaciado de los cilindros, los investigadores se dieron cuenta de que en realidad habían creado un tipo de CPA más fundamental.

"Hemos estudiado este sistema antes como un absorbente perfecto, pero ahora hemos descubierto que este dispositivo también se puede configurar para ser un CPA, ", dijo Padilla." Este estudio ha demostrado que estos campos aparentemente diferentes son en realidad uno y el mismo ".

Todos los CPA descritos actualmente en la literatura tienen un solo modo. Funcionan cuando las ondas electromagnéticas entrantes están perfectamente alineadas o perfectamente desincronizadas. Padilla y Kebin Fan, un profesor asistente de investigación en el laboratorio de Padilla, han descubierto que su absorbedor perfecto es en realidad un CPA con dos modos superpuestos:puede absorber tanto ondas alineadas como desalineadas.

Al cambiar los parámetros del material para que los dos modos ya no se superpongan, Padilla y Fan pudieron demostrar que podría convertirse fácilmente en como los CPA actualmente en la literatura, pero con mucha más versatilidad.

"Los CPA típicos tienen solo una variable, el espesor del material, "dijo Fan." Tenemos tres:el radio de los cilindros, altura y periodicidad. Esto nos da mucho más espacio para adaptar estos modos y colocarlos en el espectro de frecuencia donde los queremos, dándonos mucha flexibilidad para adaptar los CPA ".

En el papel, Los investigadores muestran que su dispositivo puede cambiar entre absorber todas las fases de las ondas electromagnéticas y solo aquellas sincronizadas entre sí simplemente aumentando la altura de los cilindros de 1,1 milímetros a 1,4. Con esta facilidad de transición, creen que debería ser posible diseñar un material que pueda cambiar dinámicamente entre los dos.

"No lo hemos hecho todavía, ", dijo Padilla." Es un desafío, pero está en nuestra agenda ".

Si bien actualmente no hay ningún dispositivo que utilice las capacidades de los CPA, Padilla y Fan tienen algunos en mente. En principio, Los investigadores podrían diseñar un dispositivo que mida no solo la intensidad de la luz entrante como una cámara normal, pero también su fase.

"Si está tratando de averiguar las propiedades de un material, cuantas más medidas tengas, cuanto más pueda comprender sobre el material, "dijo Padilla." Y aunque existen detectores coherentes, tenemos uno en nuestro propio laboratorio, en realidad, son extremadamente costosos de construir a través de otras tecnologías ".