(a) La luz con una longitud de onda de 700 nm que viaja de abajo hacia arriba se distorsiona cuando el radio del cilindro (en el medio) es de 175 nm. (b) Apenas hay distorsión cuando el cilindro tiene un radio de 195 nm. Estas imágenes corresponden a las condiciones de invisibilidad predichas por el cálculo teórico. Crédito: Física Aplicada Express
Un par de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) describe una forma de hacer desaparecer un cilindro de tamaño submicrónico sin utilizar ningún recubrimiento especializado. Sus hallazgos podrían permitir la invisibilidad de materiales naturales a frecuencia óptica y eventualmente conducir a una forma más simple de mejorar los dispositivos optoelectrónicos. incluidas las tecnologías de detección y comunicación.
Hacer invisibles los objetos ya no es cosa de fantasía, sino una ciencia en rápida evolución. Ahora existen 'capas de invisibilidad' que utilizan metamateriales, materiales diseñados que pueden doblar los rayos de luz alrededor de un objeto para hacerlo indetectable. y están comenzando a utilizarse para mejorar el rendimiento de las antenas y sensores de satélite. Sin embargo, muchos de los metamateriales propuestos solo funcionan en rangos de longitud de onda limitados, como las frecuencias de microondas.
Ahora, Kotaro Kajikawa y Yusuke Kobayashi del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de Tokyo Tech informan sobre una forma de hacer que un cilindro sea invisible sin una capa para iluminación monocromática a frecuencia óptica:una gama más amplia de longitudes de onda, incluidos los visibles para el ojo humano.
En primer lugar, exploraron lo que sucede cuando una onda de luz golpea un cilindro imaginario con una longitud infinita. Basado en una teoría electromagnética clásica llamada dispersión de Mie, visualizaron la relación entre la eficiencia de dispersión de la luz del cilindro y el índice de refracción. Buscaron una región que indicara una eficiencia de dispersión muy baja, lo que sabían correspondería a la invisibilidad del cilindro.
Después de identificar una región adecuada, determinaron que la invisibilidad ocurriría cuando el índice de refracción del cilindro varía de 2.7 a 3.8. Algunos materiales naturales útiles caen dentro de este rango, como el silicio (Si), arseniuro de aluminio (AlAs) y arseniuro de germanio (GaAs), que se utilizan comúnmente en la tecnología de semiconductores.
Animación de simulaciones por computadora Crédito:Kotaro Kajikawa
Por lo tanto, en contraste con los procedimientos de fabricación difíciles y costosos a menudo asociados con recubrimientos de metamateriales exóticos, el nuevo enfoque podría proporcionar una forma mucho más sencilla de lograr la invisibilidad.
Los investigadores utilizaron modelos numéricos basados en el método de dominio de tiempo de diferencia finita (FDTD) para confirmar las condiciones para lograr la invisibilidad. (Ver figura / animación). Al observar de cerca los perfiles del campo magnético, inferían que "la invisibilidad proviene de la cancelación de los dipolos generados en el cilindro".
Aunque los cálculos rigurosos de la eficiencia de dispersión hasta ahora solo han sido posibles para cilindros y esferas, Kajikawa señala que hay planes para probar otras estructuras, pero estos requerirían mucha más potencia de cálculo.
Para verificar los hallazgos actuales en la práctica, Debería ser relativamente fácil realizar experimentos utilizando pequeños cilindros hechos de silicio y arseniuro de germanio. Kajikawa dice:"Esperamos colaborar con grupos de investigación que ahora se están enfocando en tales nanoestructuras. Entonces, el siguiente paso sería diseñar dispositivos ópticos novedosos ".
Las posibles aplicaciones optoelectrónicas pueden incluir nuevos tipos de detectores y sensores para las industrias médica y aeroespacial.