Los metamateriales son sustancias artificiales cuyas propiedades están determinadas por su estructura meticulosamente diseñada. Por ejemplo, Los metamateriales se pueden fabricar para que interactúen con la luz o el sonido de una manera específica. Las estructuras de superficie únicas juegan un papel vital en los metamateriales, y los científicos han comenzado a mirar a la naturaleza misma en busca de superficies estampadas en las que inspirarse.

Ahora, Kotara Kajikawa y Yuusuke Ebihara en el Instituto de Tecnología de Tokio, junto con Masayuki Shimojo en el Instituto de Tecnología de Shibaura, Japón, han fabricado un nuevo 'biometamaterial' utilizando una hoja de loto como plantilla. La nueva sustancia es capaz de absorber la luz casi por completo en todo el espectro visible.

Los investigadores aprovecharon la estructura única de las células en la superficie de una hoja de loto. Los cilios de las hojas tienen la forma de diminutos, orientado al azar, nanovarillas parecidas a macarrones, cada uno mide alrededor de 100 nanómetros (nm) de diámetro (ver imagen). El equipo planteó la hipótesis de que tal estructura podría confinar la luz de manera efectiva.

Kajikawa y sus colegas recubrieron varias hojas diferentes con una fina capa de película de oro, aplicado de dos formas diferentes. La evaporación al vacío mediante calentamiento térmico destruyó las estructuras de nanobarras en la superficie de la hoja, pero una técnica de pulverización catódica tuvo mucho más éxito. El revestimiento de oro resultante tenía un grosor de 10 nm a 30 nm en diferentes muestras. Además de las hojas de loto, también utilizaron hojas de otras tres plantas como controles.

Los investigadores encontraron que el biometamaterial de oro de 10 nm de espesor creado con hojas de loto exhibía una reflectividad de menos de 0.01 en todo el espectro visible. Los cálculos mostraron que la baja reflectividad, lo que da como resultado una absorción casi completa de la luz en la superficie del material, parece provenir de las nanovarillas orientadas al azar en la superficie de la hoja.

Se está trabajando más para ver si Kajikawa y su equipo pueden encontrar una manera fácil y efectiva de eliminar el biometamaterial de oro de la plantilla de la hoja una vez creada.

Avances en metamateriales

La creación de materiales sintéticos para manipular ondas electromagnéticas no es un concepto nuevo. En efecto, la idea de los metamateriales ha existido durante al menos 100 años, pero es solo en las últimas décadas que la tecnología realmente ha comenzado a despegar. Al diseñar la forma, geometría y orientación de un material con precisión precisa, se pueden lograr propiedades que no son posibles en la naturaleza.

Esto no quiere decir que la naturaleza no juegue un papel importante en el diseño de dichos materiales. Recientemente, Los investigadores han comenzado a investigar las estructuras superficiales a nanoescala y los patrones celulares en las plantas con la esperanza de que las superficies naturales proporcionen inspiración y plantillas para nuevos 'biometamateriales'.

Las tecnologías recientes construidas con metamateriales incluyen absorbentes de luz, sensores, filtros ópticos y dispositivos de camuflaje, para nombrar sólo unos pocos. Existe un gran potencial para nuevos diseños de metamateriales con propiedades únicas y precisas.

Metodología

El biometamaterial fabricado por Kotaro Kajikawa y sus colaboradores utiliza las estructuras únicas a nanoescala de las hojas de loto, cuya función principal es crear una superficie altamente repelente al agua para las hojas. Estas estructuras tienen la forma de nanobarras orientadas al azar, que el equipo creía que proporcionaría una plantilla útil para un metamaterial diseñado para absorber la luz.

Los investigadores probaron dos métodos para crear un metamaterial a base de oro en la superficie de las hojas:la evaporación al vacío mediante calor y una técnica de "pulverización catódica". El primero de ellos dio como resultado un superficie reflectante dorada porque las estructuras de nanobarras se habían derrumbado al calentarse. La pulverización funcionó mucho mejor:las imágenes de microscopía electrónica de barrido revelaron que se conservaron las nanobarras intactas orientadas al azar, y se obtuvieron resultados prometedores en un biometamaterial elaborado a partir de una capa muy fina de oro de 10 nm.

Este estudio destaca el potencial del uso de superficies naturales para generar metamateriales muy precisos para fines específicos. El equipo ahora está trabajando en formas de eliminar el biometamaterial de la hoja una vez que se crea, un proceso complicado que los investigadores creen que se puede lograr con una forma de tratamiento químico.