Los arco iris se forman cuando la luz se dobla, o refracta, al entrar y salir de una gota de agua. La cantidad de luz que se dobla depende del color de la luz, dando como resultado que la luz blanca se separe en un hermoso espectro de colores. El índice de refracción, una de las herramientas que utilizan los ingenieros ópticos para controlar la luz, describe la interacción entre la luz y la materia.

Recientemente, Los materiales que tienen un índice de refracción que desaparece han ganado un interés significativo en las comunidades científica y de ingeniería. Estos materiales, llamados materiales epsilon-near-zero (ENZ), muestran una gran promesa para aplicaciones en la creación de imágenes de objetos pequeños, detectar concentraciones diminutas de moléculas objetivo (por ejemplo, explosivos químicos tóxicos, contaminantes) y habilitando una nueva generación de dispositivos y circuitos ópticos.

Un equipo de la Universidad de Notre Dame en colaboración con investigadores de la Universidad de Texas en Austin, La Universidad de Cornell y la Universidad de Massachusetts en Lowell han demostrado cómo se pueden diseñar las propiedades ópticas de los materiales ENZ para mejorar los dispositivos ópticos. Su trabajo utiliza muchos de los mismos materiales que se utilizan en la industria para la electrónica de alta potencia y algún día podría permitir la integración de este novedoso comportamiento óptico en dispositivos ópticos.

Los dispositivos ópticos crean, manipular o medir la radiación electromagnética:luz, tanto lo visible como lo invisible. Anteojos y lentes de cámara, microscopios y telescopios, láseres Los diodos emisores de luz y las células solares son ejemplos de dispositivos ópticos comunes que se han desarrollado para ayudar a ver y sentir el mundo. Cada uno de estos dispositivos explota el índice de refracción de una manera diferente.

El equipo compartió sus resultados en un artículo reciente publicado en Óptica Express .

"Muchas moléculas tienen modos vibracionales en la región espectral del infrarrojo medio, y estas vibraciones se pueden utilizar para detectarlas, "dijo Irfan Khan, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica y autor principal del artículo. "Usamos materiales ENZ para acoplarlos a un modo óptico especial, conocido como el modo Berreman, para diseñar respuestas ópticas específicas en materiales semiconductores que se utilizan actualmente en la industria ".

La ingeniería de estos nuevos modos ópticos utilizando materiales semiconductores es un paso crítico para incorporar materiales ENZ en futuros dispositivos y circuitos ópticos. dice Anthony Hoffman, profesor asociado de ingeniería eléctrica y líder de proyectos.

"El hecho de que los materiales ENZ estén fácilmente disponibles, fáciles de fabricar y operar bien en una escala muy pequeña también los hace ideales para una variedad de aplicaciones ".