Investigadores de física de la Universidad de Bath en el Reino Unido descubren un nuevo efecto físico relacionado con las interacciones entre la luz y los materiales retorcidos, un efecto que probablemente tenga implicaciones para las nuevas nanotecnologías emergentes en las comunicaciones. nanorobótica y componentes ópticos ultrafinos.

En los siglos XVII y XVIII, el maestro artesano italiano Antonio Stradivari produjo instrumentos musicales de calidad legendaria, y los más famosos son sus (así llamados) violines Stradivarius. Lo que hace que la producción musical de estos instrumentos musicales sea hermosa y única es su timbre particular, también conocido como color de tono o calidad de tono. Todos los instrumentos tienen un timbre:cuando se toca una nota musical (sonido con frecuencia fs), el instrumento crea armónicos (frecuencias que son un múltiplo entero de la frecuencia inicial, es decir, 2fs, 3fs, 4fs, 5fs, 6fs, etc.).

Similar, cuando la luz de un cierto color (con frecuencia fc) brilla sobre los materiales, estos materiales pueden producir armónicos (frecuencias de luz 2fc, 3fc, 4fc, 5fc, 6fc, etc.). Los armónicos de la luz revelan intrincadas propiedades de los materiales que encuentran aplicaciones en la imagen médica, comunicaciones y tecnología láser.

Por ejemplo, prácticamente todo puntero láser verde es de hecho un puntero láser infrarrojo cuya luz es invisible para los ojos humanos. La luz verde que vemos es en realidad el segundo armónico (2fc) del puntero láser infrarrojo y es producida por un cristal especial dentro del puntero.

Tanto en instrumentos musicales como en materiales brillantes, algunas frecuencias están 'prohibidas', es decir, no se pueden oír ni ver porque el instrumento o material los cancela activamente. Porque el clarinete tiene una recta, forma cilíndrica, suprime todos los armónicos pares (2fs, 4fs, 6fs, etc.) y produce solo armónicos impares (3fs, 5fs, 7fs, etc.). Por el contrario, un saxofón tiene una forma cónica y curva que permite todos los armónicos y da como resultado una sonido más suave. Algo similar, cuando un tipo específico de luz (polarizada circularmente) brilla sobre nanopartículas metálicas dispersas en un líquido, los extraños armónicos de la luz no pueden propagarse a lo largo de la dirección del viaje de la luz y los colores correspondientes están prohibidos.

Ahora, un equipo internacional de científicos dirigido por investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Bath ha encontrado una manera de revelar los colores prohibidos, equivalente al descubrimiento de un nuevo efecto físico. Para lograr este resultado, ellos 'curvaron' su equipo experimental.

Profesor Ventsislav Valev, quien dirigió la investigación, dijo:"La idea de que la torsión de las nanopartículas o moléculas podría revelarse incluso a través de armónicos de luz se formuló por primera vez hace más de 42 años, por un joven Ph.D. estudiante — David Andrews. David pensó que su teoría era demasiado esquiva para ser validada experimentalmente, pero, hace dos años, demostramos este fenómeno. Ahora, Descubrimos que la torsión de las nanopartículas también se puede observar en los extraños armónicos de la luz. Es especialmente gratificante que la teoría relevante haya sido proporcionada nada menos que por nuestro coautor y profesor hoy en día bien establecido:¡David Andrews!

"Para tomar una analogía musical, hasta ahora, científicos que estudian moléculas retorcidas (ADN, aminoácidos, proteínas, azúcares etc.) y nanopartículas en el agua, el elemento de la vida, las han iluminado a una frecuencia determinada y han observado esa misma frecuencia o su ruido (armónicos parciales inarmónicos). Nuestro estudio abre el estudio de las firmas armónicas de estas moléculas retorcidas. Entonces, podemos apreciar su 'timbre' por primera vez.

"Desde un punto de vista práctico, nuestros resultados ofrecen una sencilla, Método experimental fácil de usar para lograr una comprensión sin precedentes de las interacciones entre materiales ligeros y retorcidos. Estas interacciones están en el corazón de las nuevas nanotecnologías emergentes en las comunicaciones, nanorobótica y componentes ópticos ultrafinos. Por ejemplo, el 'giro' de las nanopartículas puede determinar el valor de los bits de información (para giro zurdo o diestro). También está presente en las hélices de los nanorobots y puede afectar la dirección de propagación de un rayo láser. Es más, nuestro método es aplicable en pequeños volúmenes de iluminación, Adecuado para el análisis de productos químicos naturales que son prometedores para nuevos productos farmacéuticos pero donde el material disponible suele ser escaso.

Doctor. estudiante Lukas Ohnoutek, también involucrado en la investigación, dijo:"Estuvimos muy cerca de perder este descubrimiento. Nuestro equipo inicial no estaba bien 'sintonizado' y por eso seguimos sin ver nada en el tercer armónico. Estaba empezando a perder la esperanza pero tuvimos una reunión, Identificamos problemas potenciales y los investigamos sistemáticamente hasta que descubrimos el problema. Es maravilloso experimentar el método científico en funcionamiento, ¡especialmente cuando conduce a un descubrimiento científico! "

El profesor Andrews añadió:“El profesor Valev ha liderado un equipo internacional a una verdadera primicia en la fotónica aplicada. Cuando invitó a mi participación, me llevó de regreso al trabajo teórico de mis estudios de doctorado. Ha sido asombroso ver cómo se concretó tantos años después ".

La investigación se publica en la revista Reseñas de láser y fotónica.