Espacio de la última frontera. La nave estelar Enterprise continúa con su misión de explorar la galaxia, cuando todos los canales de comunicación son repentinamente cortados por una nebulosa impenetrable. En muchos episodios de la icónica serie de televisión, el valiente equipo debe "tecnologizar la tecnología" y "cienciar la ciencia" en solo 45 minutos de tiempo de transmisión para facilitar su escape de esta u otra situación similar antes de que aparezcan los créditos finales. A pesar de pasar mucho más tiempo en sus laboratorios, un equipo de científicos de la Universidad de Rostock logró desarrollar un enfoque completamente nuevo para el diseño de materiales artificiales que pueden transmitir señales de luz sin distorsiones por medio de flujos de energía sintonizados con precisión. Han publicado sus resultados en Science Advances .

"Cuando la luz se propaga en un medio no homogéneo, se dispersa. Este efecto transforma rápidamente un haz compacto y dirigido en un resplandor difuso, y nos resulta familiar a todos por las nubes de verano y la niebla otoñal por igual", dijo el profesor Alexander Szameit del Instituto de Física de la Universidad de Rostock describe el punto de partida de las consideraciones de su equipo. En particular, es la distribución de densidad microscópica de un material lo que dicta los detalles de la dispersión. Szameit continúa:"La idea fundamental de la transparencia inducida es aprovechar una propiedad óptica mucho menos conocida para despejar el camino del haz, por así decirlo".

Esta segunda propiedad, conocida en el campo de la fotónica con el arcano título de no Hermiticidad, describe el flujo de energía, o más precisamente, la amplificación y atenuación de la luz. Intuitivamente, los efectos asociados pueden parecer indeseables; en particular, el desvanecimiento de un haz de luz debido a la absorción parecería muy contraproducente para la tarea de mejorar la transmisión de la señal. Sin embargo, los efectos no hermitianos se han convertido en un aspecto clave de la óptica moderna, y todo un campo de investigación se esfuerza por aprovechar la interacción sofisticada de pérdidas y amplificación para funcionalidades avanzadas.

"Este enfoque abre posibilidades completamente nuevas", informa la estudiante de doctorado Andrea Steinfurth, primera autora del artículo. Con respecto a un haz de luz, es posible amplificar o amortiguar selectivamente partes específicas de un haz a nivel microscópico para contrarrestar cualquier aparición de degradación. Para permanecer en la imagen de la nebulosa, sus propiedades de dispersión de luz podrían suprimirse por completo. "Estamos modificando activamente un material para adaptarlo a la mejor transmisión posible de una señal de luz específica", explica Steinfurth. "Con este fin, el flujo de energía debe controlarse con precisión, para que pueda encajar con el material y la señal como piezas de un rompecabezas". En estrecha colaboración con socios de la Universidad Tecnológica de Viena, los investigadores de Rostock abordaron con éxito este desafío. En sus experimentos, pudieron recrear y observar las interacciones microscópicas de las señales de luz con sus materiales activos recientemente desarrollados en redes de fibras ópticas de kilómetros de longitud.

De hecho, la transparencia inducida es solo una de las fascinantes posibilidades que surgen de estos hallazgos. Si realmente se quiere hacer desaparecer un objeto, la prevención de la dispersión no es suficiente. En cambio, las ondas de luz deben emerger detrás de él completamente imperturbables. Sin embargo, incluso en el vacío del espacio, la difracción por sí sola asegura que cualquier señal cambiará inevitablemente de forma. "Nuestra investigación proporciona la receta para estructurar un material de tal manera que los rayos de luz pasen como si ni el material ni la región del espacio que ocupa existieran. Ni siquiera los dispositivos de camuflaje ficticios de los romulanos pueden hacer eso", dice. el coautor Dr. Matthias Heinrich, regresando a la última frontera de Star Trek.

Los hallazgos presentados en este trabajo representan un gran avance en la investigación fundamental sobre fotónica no hermítica y brindan nuevos enfoques para el ajuste fino activo de sistemas ópticos sensibles, por ejemplo, sensores para uso médico. Otras posibles aplicaciones incluyen el cifrado óptico y la transmisión segura de datos, así como la síntesis de materiales artificiales versátiles con propiedades personalizadas. + Explora más

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