Un equipo de investigación interdisciplinar de los departamentos de Química y Física de la Universidad de Jena ha desarrollado un revestimiento de material cuyas propiedades de refracción de la luz se pueden cambiar con precisión entre diferentes estados. El equipo, dirigido por Felix Schacher, Sarah Walden, Purushottam Poudel e Isabelle Staude, combinó polímeros que reaccionan a la luz con las llamadas metasuperficies.
Esta innovación ha llevado a la creación de nuevos componentes ópticos que podrían utilizarse en el procesamiento de señales. Sus hallazgos se han publicado ahora en la revista ACS Nano. .
"Tanto las metasuperficies como los polímeros conmutables por luz se conocen en principio desde hace décadas", explica Sarah Walden del Instituto de Física del Estado Sólido, que ahora dirige un grupo de investigación en Australia. Y añade:"Pero somos los primeros en combinar ambas cosas de esta forma para desarrollar nuevos componentes para aplicaciones ópticas".
Las metasuperficies son capas delgadas nanoestructuradas cuyos tamaños estructurales característicos son más pequeños que la longitud de onda de la luz. Esto permite influir específicamente en las propiedades de la luz y su propagación, permitiendo una variedad de funciones ópticas que de otro modo serían realizadas por lentes, polarizadores o rejillas. Por otro lado, los polímeros conmutables son plásticos cuyas propiedades, como el índice de refracción de la luz, pueden cambiar entre diferentes estados.
"Los polímeros que utilizamos contienen moléculas de colorantes", continúa Felix Schacher del Instituto de Química Orgánica y Química Macromolecular. "Esto significa que absorben luz de una determinada longitud de onda y, al hacerlo, cambian su estructura y, por tanto, sus propiedades, como en este caso el índice de refracción de la luz".
Para que el tinte vuelva a su estructura anterior con la propiedad correspondiente, se necesita luz de una longitud de onda diferente. "Lo especial de nuestro sistema", explica la física Isabelle Staude, "es que los cambios en el índice de refracción afectan a las propiedades ópticas de la metasuperficie cuando está recubierta con dicho polímero".
Los cambios logrados fueron sorprendentemente significativos, incluso en comparación con sistemas similares conocidos anteriormente. "Dado que los polímeros muestran diferente absorción según el colorante, se pueden separar o combinar diferentes efectos entre sí", resume el físico.
Además de este prometedor resultado, el equipo hizo un descubrimiento sorprendente. "En nuestro trabajo utilizamos dos colorantes diferentes por separado, cada uno de ellos aplicado sobre una metasuperficie. Esto confirmó el efecto", explica Schacher. "Sin embargo, al mezclar ambos polímeros conmutables se producen efectos adicionales", informa. "Sospechamos que las dos moléculas de tinte diferentes interactúan entre sí, pero no podemos decirlo con certeza en este momento". Se necesitan más investigaciones para aclarar este interesante comportamiento.
Aunque el objetivo principal de estas superficies conmutables era demostrar el principio básico, el grupo de investigación puede imaginar varias aplicaciones. "Dado que estas superficies pueden cambiar con la luz entre diferentes estados de propiedad, la tecnología de sensores es un campo de aplicación natural", afirman los investigadores.
También es imaginable que tales superficies conmutables puedan usarse para el procesamiento óptico de datos. "Por supuesto, a nuestro equipo le encantaría que estos componentes pudieran utilizarse, por ejemplo, para redes neuronales ópticas, que luego podrían procesar información de imágenes del mismo modo que lo hace ahora la inteligencia artificial electrónica", afirma Schacher.
"Sin embargo, debido a que este tipo de procesamiento de datos se basa en la luz en lugar de en la electrónica, es significativamente más eficiente energéticamente y más rápido que la IA tradicional basada en computadora".
Más información: Sarah L. Walden et al, Ajuste espacialmente resuelto de dos colores de metasuperficies recubiertas de polímeros, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11760
Información de la revista: ACS Nano
Proporcionado por la Universidad Friedrich Schiller de Jena
