Polarización, en sintonía. En la macro, nivel diario, se lee como un oxímoron. A la Universidad de Nebraska, Xia Hong de Lincoln y sus compañeros nanocientíficos, aunque, la aparente contradicción tiene una especie de sentido armonioso. Y podría estimular el desarrollo de filtros ópticos más versátiles que son especialmente hábiles para jugar con un truco de la luz.

Ese truco ocurre cuando dos paquetes, o fotones, de luz incide en un material y expulsa otro fotón —uno con el doble de energía y la mitad de la longitud de onda— del material. Debido a que las longitudes de onda difieren en todo el espectro electromagnético, el fenómeno puede transformar las ondas infrarrojas entrantes en ondas de luz azul, por ejemplo, o esa luz visible en ultravioleta.

Pero no cualquier material puede lograr el truco, conocido como generación de segundo armónico. Un material que puede:una capa fina como un átomo de bisulfuro de molibdeno. Hong ha pasado varios años explorando los fenómenos que surgen del emparejamiento de disulfuro de molibdeno con los llamados materiales ferroeléctricos. cuya alineación de cargas positivas y negativas cambiará cuando se exponga a un campo eléctrico.

El año pasado, ella y sus colegas estaban estudiando cómo respondía el comportamiento óptico del disulfuro de molibdeno de una sola capa cuando se colocaba encima de un material ferroeléctrico llamado titanato de circonato de plomo, o PZT.

"No esperábamos mucho, "dijo Hong, profesor asociado de física y astronomía, "pero vimos esto muy, efecto muy extraño ".

En lugar de observar la generación del segundo armónico uniformemente en toda la superficie, el equipo notó que ciertos segmentos estaban impulsando el fenómeno mientras otros lo atenuaban. Los investigadores también se dieron cuenta de que el patrón inesperado surgió en las paredes de dominio del PZT, donde una sección con polarización positiva (cargas positivas orientadas hacia arriba separadas de cargas negativas orientadas hacia abajo) se encuentra con una sección con polarización negativa. No solo eso:la intensidad de la generación reflejada del segundo armónico alternada por la pared, para que el primero, la tercera y la quinta pared lo impulsaron mientras que la segunda, cuarto y sexto lo estaban amortiguando.

Dado que el patrón faltaba solo en cualquiera de los materiales, los investigadores pensaron que debe originarse de alguna interacción de los dos. En una inspección más cercana, Descubrieron que los remolinos en forma de vórtice de las cargas positivas y negativas en la parte superior de las paredes del PZT, similar a la rotación tornádica que puede ocurrir cuando el aire caliente y el aire frío convergen, contribuían al efecto.

Cuando esa rotación coincidió con la polarización del disulfuro de molibdeno suprayacente, de modo que el primero giraba en el sentido de las agujas del reloj mientras el segundo se alineaba de izquierda a derecha, o viceversa, la señal reflejada del segundo armónico casi se cuadruplicó en intensidad. Cuando esas polarizaciones se oponían entre sí, la señal reflejada prácticamente desapareció.

La polarización de la luz entrante importaba, también. Un campo eléctrico que rodea un rayo de luz no polarizada, como la que viene del sol, sobresaldrá al azar en todas las direcciones. El campo eléctrico de luz polarizada, por el contrario, se pegará a un plano:vertical, horizontal, o rotar alrededor del rayo de forma predecible, forma cíclica. Aunque la luz entrante que estaba polarizada en ciertos ángulos produjo un patrón claro de segundo armónico al reflejarse, las señales desaparecieron cuando el equipo ajustó la polarización de la luz a otros ángulos.

En cuanto a las longitudes de onda que atravesaron la nanoestructura, en lugar de reflejarlo? El equipo encontró un patrón de intensificación-mitigación para aquellos, también. En lugar de depender de la coincidencia o desajuste de polarización entre los materiales, aunque, la generación del segundo armónico respondió solo a la polarización de los parches PZT. Cuando la luz estaba polarizada en ciertos ángulos, los parches PZT con polarización positiva aumentaron la señal, mientras que los parches polarizados negativamente lo humedecieron. Y ajustar la polarización de la luz podría revertir la fuerza relativa de esas señales.

Hong dijo que la sensibilidad de la nanoestructura a la luz polarizada, combinado con la capacidad de invertir la polarización del PZT ya sea eléctrica o mecánicamente, hace algo inusual:un filtro óptico que podría programarse y reprogramarse en cuestión de segundos.

"Es a nanoescala, y se puede controlar, ", Dijo Hong." Así que se podría decir que esta es una forma más inteligente de filtrar, porque puedes reconfigurarlo. No es un trato hecho. Puedo escribir la polarización así Puedo borrarlo, (entonces) puedo escribirlo de otra manera.

"Creo que la clave es que es una técnica muy simple".

La versatilidad de la técnica podría resultar útil para caracterizar rápidamente materiales o sustancias, Hong dijo:especialmente las propiedades que influyen en la generación del segundo armónico o dictan las respuestas a la polarización de la luz. Aunque la técnica no se adapta realmente a la rutina, Aplicaciones de filtrado polarizado a nivel macro:"Claramente, esto no es algo con lo que puedas fabricar tus lentes polarizados, ", dijo, Hong reflexionó sobre una posibilidad relacionada.

"Si quisieras hacer una película en 3D a microescala, "se aventuró con una sonrisa, "Esta es probablemente la forma de hacerlo".

Hong y sus colegas informaron sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .