"Gran parte de la física del universo conocido ya tiene soluciones fundamentales o es demasiado compleja para obtener una respuesta exacta", dijo Willie Padilla, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "En cualquier campo, encontrar un resultado verdaderamente novedoso, fundamental y exacto como este es raro."

La investigación aparece en Nanofotónica.

Ya sea construyendo una antena o desarrollando un protector solar, hay muchos casos en los que se deben absorber ciertos tipos de luz. Un truco para maximizar esa cantidad es aumentar el espesor del material que absorbe la energía.

Sin embargo, hasta ahora se desconocía el espesor necesario para que un material transparente proporcionara esa absorción.

Hace más de 20 años, Konstantin N. Rozanov, del Instituto de Electrodinámica Teórica y Aplicada de Moscú, Rusia, descubrió la mayor cantidad de luz en un rango de longitudes de onda que un dispositivo de cierto espesor podría absorber si un lado estuviera revestido con metal. Este escenario crea un límite en un lado donde toda la luz se refleja o se absorbe, lo que proporciona una restricción que permite un cierto enfoque matemático para resolver el problema.

Sin embargo, quitar ese borde metálico y permitir que la luz continúe es un caballo de un color completamente diferente en el espectro electromagnético.

"Rozanov utilizó un truco inteligente en el que trabajó en longitud de onda en lugar de frecuencia", dijo Yang Deng, asistente de investigación que trabaja en el laboratorio de Padilla. "Pero desde entonces varios investigadores han intentado utilizar ese enfoque para este problema y han fracasado".

Para idear un nuevo enfoque matemático, Padilla y Deng colaboraron con Vahid Tarokh, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la familia Rhodes en Duke. La investigación de Tarokh abarca una amplia gama de temas y al mismo tiempo busca nuevas formulaciones y enfoques para aprovechar al máximo los conjuntos de datos.

Tarokh pudo descubrir cómo darle forma al problema para que pudiera resolverse, sacando un conejo de un sombrero matemático.

"En retrospectiva, es 20/20, pero incluso los matemáticos llaman a estas estrategias creativas 'trucos'", dijo Padilla.

Más allá de la novedad de resolver un problema largamente buscado, los investigadores dicen que su trabajo tiene implicaciones prácticas en varias áreas. Los absorbentes con respaldo metálico no dejan pasar ningún tipo de energía electromagnética. Pero hay ciertas aplicaciones en las que es posible que desees bloquear algunas frecuencias y dejar pasar otras.

Por ejemplo, es posible que los teléfonos móviles quieran poder bloquear ciertos tipos de radiación electromagnética dañina y dejar pasar otras como el GPS o el Bluetooth. Conocer los límites fundamentales de este tipo de objetivos permitirá a los ingenieros saber cuándo no valdrá la pena seguir trabajando para optimizar su diseño.