Si no lo veo no lo creo: "metamateriales"
Documento sin títuloDaniel Pedraza Fernández
¿Quién no ha querido ser invisible alguna vez? Todos vimos a personajes de películas, videojuegos como Big Boss, Invisible Woman, Harry Potter o Predator y pensamos en todo lo que podríamos hacer. Pero, ¿es realmente posible? Para comprobarlo vamos a detenernos un momento en el concepto opuesto: ¿Qué quiere decir «ver algo»? Como sabemos, la luz es una onda electromagnética que viaja tanto por el vacío como por la materia. Esta luz tiene una longitud de onda que nos permite clasificar los distintos tipos de ondas electromagnéticas según el lugar que ocupen en el espectro electromagnético.
Figura 1. Espectro electromagnético. El color depende de la longitud de onda
Precisamente es la interacción de la luz con la materia la causa de que podamos «ver». Cuando un haz de luz incide sobre un objeto, se refleja y sus propiedades cambian ya que el objeto a su vez absorbe parte de esa luz (entre otros efectos). «Pongamos el caso de un tomate. La luz blanca que viene del Sol, en realidad está formada por una gran cantidad de ondas electromagnéticas que abarcan desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, y por tanto toda la gama del visible, cada una con su propia longitud de onda. El «tomate», debido a su composición química, es capaz de absorber todas las longitudes de onda en el rango visible menos la que corresponde al color rojo (unos 700 nm), de forma que solamente esa será reflejada y veremos por tanto el tomate de dicho color.» Ahora que entendemos qué ocurre físicamente para que podamos ver, sabemos que si queremos ser invisibles debemos conseguir que la luz no interactúe con nosotros. Para ello utilizaremos los metamateriales: materiales diseñados por el ser humano que poseen propiedades electromagnéticas que no se dan en la naturaleza. La principal propiedad de los metamateriales es que tienen índice de refracción negativo. El índice de refracción es un número que nos dice cómo la luz cambia su dirección al pasar de un medio a otro dando lugar al fenómeno de la refracción.
Figura 2. Refracción de una pajita en un vaso de agua con índice de refracción positivo. En un metamaterial la refracción se produce en sentido contrario
Por tanto un metamaterial nos sirve precisamente para desviar la luz alrededor de aquello que queremos volver invisible. Por tanto, nuestro objetivo será crear una capa que envuelva aquello que queremos ocultar de forma que la luz que llega hasta la superficie del metamaterial sea desviada alrededor del objeto, sin que sus propiedades cambien, hasta llegar a la parte posterior. Una vez allí el haz seguirá su camino como si no hubiese nada de por medio.
Figura 3. La flecha negra indica la dirección de la onda. El objeto es el círculo blanco. A) Interacción de la luz con el objeto cuando no hay metamaterial. B) Objeto rodeado de metamaterial (círculo negro)
¿Cómo se construyen los metamateriales? Los metamateriales son en realidad un conjunto de pequeñas celdillas con una serie de estructuras metálicas en forma de barras y anillos, repetidas periódicamente, que hacen que la onda electromagnética se comporte como si efectivamente estuviese dentro de un medio con índice de refracción negativo.
Figura 4. Estructura de un metamaterial
Es precisamente el tamaño de esa celdilla lo que determina el tipo de radiación electromagnética con la que el metamaterial trabaja correctamente ya que necesariamente los circuitos y las barras tienen que ser menores que la longitud de onda empleada. El británico John Pendry consiguió crear un metamaterial en el año 2006 que funcionaba en la banda del infrarrojo, donde la longitud de onda es del orden de micrómetros (10 -6 m), pero si pensamos en la invisibilidad respecto al ojo humano la cosa se complica, y es que las longitudes de onda en ese rango giran en torno a cientos de nanómetros (10 -7 m) por lo que la dificultad de alcanzar la invisibilidad mediante estos materiales tiene que ver realmente con la escala a la que somos capaces de construir las pequeñas estructuras. Queda aún mucho por hacer tanto a nivel científico como tecnológico. Y quién sabe, tal vez algún día logremos conseguir una verdadera capa de invisibilidad… ¡con la ciencia!
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