En el Pierce Hall de Harvard, la superficie de una pequeña lámina de oro recubierta de germanio brilla vívidamente en carmesí. Un centímetro a la derecha donde el mismo recubrimiento metálico es literalmente solo unos 20 átomos más grueso, la superficie es azul oscuro, casi negro. Los colores forman el logo de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS), donde los investigadores han demostrado una nueva forma de personalizar el color de las superficies metálicas mediante la explotación de un fenómeno óptico completamente pasado por alto.

Durante siglos se pensó que los efectos de interferencia de película delgada, como los que hacen que los pavimentos aceitosos reflejen un arco iris de colores arremolinados, no podría ocurrir en materiales opacos. Los físicos de Harvard han descubierto ahora que incluso las películas delgadas con "pérdidas", si es atómicamente delgado, se puede adaptar para reflejar una gama particular de colores vívidos y dramáticos.

Publicado en la revista Materiales de la naturaleza el 14 de octubre el hallazgo abre nuevas posibilidades para dispositivos ópticos sofisticados, así como productos de consumo como joyas y nuevas técnicas en las artes visuales.

El descubrimiento es el último en surgir del laboratorio de Federico Capasso, Robert L. Wallace Profesor de Física Aplicada y Vinton Hayes Investigador Senior en Ingeniería Eléctrica en SEAS, cuyo grupo de investigación produjo recientemente lentes planas ultrafinas y haces de luz de aguja que rozan la superficie de los metales. El hilo conductor en el trabajo reciente de Capasso es la manipulación de la luz en la interfaz de materiales que están diseñados a nanoescala, un campo denominado nanofotónica. El estudiante de posgrado y autor principal Mikhail A. Kats llevó ese tema al ámbito del color.

"En mi grupo, con frecuencia reexaminamos viejos fenómenos, donde crees que todo ya se sabe, "Dice Capasso." Si tienes ojos perceptivos, como hacen muchos de mis alumnos, puede descubrir cosas interesantes que se han pasado por alto. En este caso particular, hubo casi un sesgo entre los ingenieros de que si usa interferencia, las olas tienen que rebotar muchas veces, por lo que es mejor que el material sea transparente. Lo que ha hecho Mikhail, y ciertamente es fácil de calcular, es demostrar que si usa una película absorbente de luz como el germanio, mucho más delgado que la longitud de onda de la luz, entonces todavía puede ver grandes efectos de interferencia ".

El resultado es una estructura formada por solo dos elementos, oro y germanio (o muchos otros emparejamientos posibles), que brilla en cualquier color que uno elija.

"Todos estamos familiarizados con el fenómeno que se ve cuando hay una fina capa de gasolina en la carretera en un día lluvioso, y ves todos estos colores diferentes, "explica Capasso.

Esos colores aparecen porque las crestas y valles en las ondas de luz interfieren entre sí a medida que pasan a través del aceite al agua debajo y se reflejan en el aire. Algunos colores (longitudes de onda) aumentan el brillo (amplitud), mientras que otros colores se pierden.

Ese es esencialmente el mismo efecto que están explotando Capasso y Kats, con los coautores Romain Blanchard y Patrice Genevet. El recubrimiento de germanio absorbente atrapa ciertos colores de luz mientras cambia la fase de otros para que las crestas y valles de las ondas se alineen de cerca y reflejen uno puro, color vívido.

"En lugar de intentar minimizar las pérdidas ópticas, los usamos como parte integral del diseño de recubrimientos de película delgada, "señala Kats". En nuestro diseño, la reflexión y la absorción cooperan para dar el máximo efecto ".

Más asombrosamente, aunque, una diferencia de sólo unos pocos átomos de espesor a través del recubrimiento es suficiente para producir cambios de color dramáticos. La película de germanio se aplica mediante técnicas de fabricación estándar:litografía y deposición física de vapor, que los investigadores comparan con el estarcido y la pintura en aerosol, es decir, con una cantidad mínima de material (un grosor de entre 5 y 20 nanómetros), Los elaborados diseños de colores se pueden modelar fácilmente en cualquier superficie, grande o pequeño.

"Con solo cambiar el grosor de esa película en unos 15 átomos, puedes cambiar el color, "dice Capasso." Es extraordinario ".

Los investigadores ya han realizado el mismo tratamiento en plata, haciéndolo parecer dorado, así como una gama de colores pastel.

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha presentado una solicitud de patente y está trabajando con el laboratorio de Capasso para perseguir la comercialización de esta nueva tecnología. ya sea a través de una empresa de nueva creación o mediante la concesión de licencias a empresas existentes. Las áreas de aplicación que se están explorando incluyen productos de consumo y dispositivos ópticos, como filtros, muestra, fotovoltaica, detectores, y moduladores.