Las propiedades ópticas de un material están determinadas predominantemente por sus átomos y electrones constituyentes y la forma en que estos responden a las ondas electromagnéticas. En materiales naturales, la diversidad de posibles características ópticas es limitada, y así, los metamateriales, estructuras artificiales diseñadas para controlar la propagación de la luz, ofrecen la esperanza de una plétora de aplicaciones ópticas novedosas.

Arseniy Kuznetsov y Boris Luk'yanchuk en el Instituto de almacenamiento de datos A * STAR, Singapur, y sus compañeros de trabajo, ahora han creado un tipo novedoso de metamaterial tridimensional que puede influir tanto en las partes eléctricas como magnéticas de la luz visible. Su enfoque proporciona una ruta simple para construir dispositivos inusuales como capas ópticas, que permiten la 'invisibilidad', e hiperlentes que ofrecen superresolución.

Los metamateriales son matrices de estructuras metálicas de sublongitud de onda llamadas meta-átomos, que han sido diseñados para imitar los átomos y su interacción con la luz. "Los metamateriales proporcionan una nueva ruta para controlar la luz a nanoescala, ", explica Luk'yanchuk." Allanan el camino para elementos ópticos novedosos con funcionalidades únicas que no se pueden lograr con materiales naturales ".

Un enfoque común adoptado por los investigadores de metamateriales ópticos es construir metaátomos a partir de anillos de metal, cada uno de los cuales contiene una pequeña ruptura. Estos llamados resonadores de anillo dividido deben tener unos cientos de nanómetros o menos de tamaño para funcionar con luz visible. y cualquier imperfección física limita severamente su desempeño.

El diseño de un resonador de anillo dividido con las propiedades eléctricas y magnéticas necesarias para interactuar con estos dos componentes diferentes de ondas electromagnéticas también ha demostrado ser un desafío. "La resonancia magnética a frecuencias visibles no se puede lograr con estándar, diseños de resonador plano de anillo partido, "dice Luk'yanchuk.

Ahora, El equipo de Kuznetsov y Luk'yanchuk ha demostrado que una versión tridimensional de esta estructura, el resonador de bola partida, podría conducir a metamateriales casi perfectos con una fuerte respuesta eléctrica y magnética.

Usando técnicas estándar de nanofabricación, los investigadores primero crearon una serie de discos de oro o plata sobre un sustrato. Luego dispararon un láser de alta potencia en cada disco para que se derritiera y formara una gota de líquido, que solidificó en una esfera perfecta, eliminando así defectos. Finalmente, el equipo utilizó un haz de iones de helio para grabar una zanja en cada nanoesfera (ver imagen).

Los investigadores confirmaron que sus resonadores de bola dividida mostraban una resonancia magnética dentro del espectro visible. demostrando una capacidad reforzada para 'sintonizar' las respuestas ópticas de los metamateriales.

En el futuro, los investigadores podrían usar el mismo método para modelar características tridimensionales más complicadas en los metaátomos, lo que permitiría formas aún más complejas de manipular la luz.