Ahora lo ves, ahora no. En libros y películas los magos usan hechizos mágicos para hacer visible el traspaso.

En realidad, Los materiales con propiedades llamadas transiciones de fase pueden realizar un truco similar, cambiando de claro a turbio según la temperatura o la aplicación de un campo eléctrico.

Un equipo multiinstitucional de investigadores ha desarrollado una forma de diseñar con precisión las temperaturas a las que el dióxido de vanadio, un material utilizado en aplicaciones de alta tecnología que van desde hogares a satélites, experimentará una transición de fase. Su trabajo, publicado hoy en la revista Nano letras , podría dar lugar a nuevos tipos de materiales sintonizables para la óptica, camuflaje y regulación térmica.

"Esencialmente, cualquier componente óptico sería mejor si fuera sintonizable, "dice Mikhail Kats, autor principal del estudio y profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Wisconsin-Madison.

En lugar de depender de componentes mecánicos para enfocar la lente de una cámara o el ocular de un telescopio, un material sintonizable podría cambiar sus propiedades ópticas innatas a demanda.

Los científicos saben desde hace más de 50 años que sustancias como el dióxido de vanadio pueden pasar de opacas a transparentes. Sin embargo, estos materiales normalmente cambian bajo un solo conjunto particular de condiciones, limitando su aplicabilidad.

"En la mayoría de los materiales de transición de fase, el cambio ocurre en condiciones que están lejos de la temperatura ambiente, y, por lo tanto, son difíciles de incorporar a dispositivos útiles, "dice Kats.

Los investigadores no solo cambiaron el punto de cambio intrínseco del dióxido de vanadio de 155 grados Fahrenheit a menos de 70 grados, sintonizaron con éxito la transición para ese material a través de una variedad de temperaturas específicas, que van desde la comodidad típica en interiores hasta una hamburguesa medio cocida.

"Este hallazgo abrirá nuevas fronteras en los dispositivos fotónicos, "dice el colaborador Shriram Ramanathan, profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Purdue.

Adicionalmente, porque las propiedades ópticas y físicas surgen de los mismos principios físicos subyacentes, Las conductividades térmica y eléctrica del dióxido de vanadio también cambian con la transición. Estos tipos de materiales podrían usarse, por ejemplo, en los hogares como paredes o ventanas "inteligentes" que responden al entorno.

"Los objetos diseñados para emitir luz de manera eficiente a altas temperaturas, pero no a bajas temperaturas, podrían usarse como reguladores de temperatura puramente pasivos que no requieren circuitos externos o fuentes de energía, "dice Kats.

Los materiales con esta versatilidad sin precedentes también podrían crear nuevos tipos de camuflaje térmico.

"Las estructuras diseñadas para emitir la misma cantidad de radiación térmica sin importar la temperatura podrían usarse para ocultar objetos de las cámaras infrarrojas, "dice Kats.

Previamente, Los investigadores que intentaron cambiar las temperaturas de transición del dióxido de vanadio introdujeron impurezas mientras intentaban alterar uniformemente toda la superficie del material.

En lugar de, Kats y sus colegas bombardearon regiones específicas del dióxido de vanadio con iones energéticos. La irradiación de iones crea defectos en los materiales, generalmente un efecto secundario no deseado. Sin embargo, colaborador Carsten Ronning, profesor de física del estado sólido en la Universidad Friedrich Schiller de Jena en Alemania, dice que el avance de los investigadores capitaliza esos defectos.

"La belleza de nuestro enfoque es que aprovechamos los defectos 'no deseados', " él dice.

Dirigir el haz de iones a regiones específicas de una superficie permitió a los investigadores realizar modificaciones a nanoescala en el material.

"Podemos controlar con precisión la temperatura de transición en todas partes de la muestra, con una precisión aproximada de 20 nanómetros, "Dice Kats." Hemos podido utilizar este método para crear materiales efectivos que tienen múltiples transiciones de fase al mismo tiempo ".

Esta técnica les permitió diseñar y crear un nuevo polarizador óptico que cambia la selectividad en función de la temperatura.