Investigadores de la Universidad de Linköping, en Suecia, han logrado un avance significativo en el desarrollo de superficies ópticas planas, conocidas como metasuperficies, mediante la utilización de plásticos conductores. Este avance abre nuevas posibilidades para aplicaciones futuras que incluyen hologramas en video, materiales de invisibilidad y sensores, así como en la imagen biomédica. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Communications.
Tradicionalmente, el control de la luz se ha realizado a través de lentes curvas, generalmente de vidrio, que pueden ser cóncavas o convexas. Este tipo de lentes se encuentra en dispositivos de alta tecnología, como telescopios espaciales y sistemas de radar, así como en objetos cotidianos como cámaras y gafas. Sin embargo, las lentes de vidrio ocupan un espacio considerable y es complicado miniaturizarlas sin comprometer su funcionalidad.
Las lentes planas, conocidas como metalenses, representan una alternativa que permite crear ópticas más compactas y explorar nuevas áreas de aplicación. Estas lentes son un ejemplo de un campo de investigación en rápida expansión, aunque la tecnología aún enfrenta limitaciones.
Avances en el rendimiento de metasuperficies
Según el profesor de física aplicada Magnus Jonsson, las metasuperficies funcionan mediante la disposición de nanostructuras en patrones sobre una superficie plana, actuando como receptores de luz. Cada receptor, o antena, interfiere con la luz de manera particular, permitiendo que, colectivamente, estas nanostructuras controlen la luz según se desee.
Actualmente, se fabrican metasuperficies a partir de materiales como el oro o el dióxido de titanio. Sin embargo, un obstáculo importante ha sido la incapacidad de ajustar la funcionalidad de las metasuperficies una vez fabricadas. Investigadores y la industria han manifestado el deseo de contar con características que permitan activar o desactivar las metasuperficies o cambiar dinámicamente el punto focal de una metalens.
En 2019, el grupo de investigación de Jonsson demostró que los plásticos conductores podrían ser la solución a este desafío, mostrando que estos materiales podían funcionar ópticamente como metales, utilizándose así en la fabricación de antenas para construir metasuperficies. La capacidad de los polímeros de oxidarse y reducirse permitió que las nanoantenas se activaran y desactivaran, aunque el rendimiento de estas metasuperficies aún era limitado en comparación con las fabricadas con materiales tradicionales.
Recientemente, el mismo equipo de investigación ha logrado mejorar el rendimiento en hasta diez veces. Al controlar con precisión la distancia entre las antenas, estas pueden interactuar entre sí mediante un fenómeno conocido como resonancia colectiva de red, lo que amplifica la interacción con la luz. Dongqing Lin, autor principal del estudio, ha afirmado que las metasuperficies fabricadas con polímeros conductores parecen ofrecer un rendimiento suficientemente alto para ser relevantes en aplicaciones prácticas.
Hasta el momento, los investigadores han conseguido fabricar antenas controlables de polímeros conductores para luz infrarroja, pero aún no para luz visible. El siguiente paso consiste en desarrollar el material para que también funcione en el espectro de luz visible, lo que podría tener implicaciones significativas en diversos campos de la tecnología y la ciencia.
