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Nuevas superlentes permiten llegar al microscopio óptico a la escala del virus

Dos equipos de físicos estadounidenses han creado, trabajando de forma independiente, las primeras superlentes capaces de una ampliación de la imagen tal que va más allá de todos los límites de

Actualizado 24/03/2007 - 09:04:00
Dos equipos de físicos estadounidenses han creado, trabajando de forma independiente, las primeras superlentes capaces de una ampliación de la imagen tal que va más allá de todos los límites de resolución óptica conocidos: pueden poner bajo el ojo del investigador objetos de una escala de tamaños inimaginable hasta la fecha, como proteínas, virus, o el mismo ADN.
No se trata, evidentemente, de unas lentes convencionales, sino que están confeccionadas con «metamateriales» con un índice de refracción negativo. Es así como los investigadores han logrado superar la barrera que impone a los instrumentos ópticos el denominado «límite de difracción».
La difracción es un fenómeno característico de las ondas, por el que se dispersan y se curvan cuando encuentran un obstáculo. Se produce en todo tipo de ondas: ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas, como las de la luz. La difracción sólo se observa si el obstáculo que encuentran las ondas es del mismo orden que la longitud de onda.
La distorsión de la luz
La distorsión de la luz por la difracción produce una borrosidad que limita la capacidad de aumento útil de un microscopio, o de un telescopio. Así, los detalles menores de media milésima de milímetro no pueden verse en la mayoría de los microscopios ópticos. Sólo un microscopio de barrido de campo cercano puede superar el límite de difracción y visualizar detalles ligeramente menores en tamaño que la longitud de onda de la luz.
Ya en una primera aproximación al problema, se llegó a la conclusión de que el límite de difracción sólo podía superarse mediante el empleo de ondas «evanescentes», que al salvar los obstáculos sin distorsiones permiten resoluciones ópticas muy superiores a las obtenidas con las ondas de luz visible «normales», pero cuya captura por lentes convencionales provoca su rápido decaimiento o «evanescencia».
John Pendry, físico del Imperial College de Londres, predijo ya en el año 2000 que el decaimiento de las ondas evanescentes puede resolverse si son amplificadas al pasar por un material con índice de refracción negativo. Desde entonces, han sido fabricadas varias superlentes con un éxito limitado en la transmisión de ondas evanescentes, pero ninguna de ellas ha conseguido un índice de decaimiento aceptable de la onda.
Desde Maryland y Berkeley
Ahora, dos equipos de investigadores lo han conseguido en trabajos independientes. En la Universidad de Maryland, un equipo dirigido por Igor Smolyaninov ha logrado construir una superlente a partir de anillos concéntricos de distintos polímeros, depositados sobre una delgadísima película de oro. De forma simultánea, otro equipo, dirigido por Xiang Zhang, ha optado en la Universidad de Berkeley, en California, por un dispositivo en tres dimensiones (3D) de láminas de plata curvadas, y de óxido de aluminio, incrustadas sobre una base de cuarzo.
Estos dos diseños han sido calificados de metamateriales por tratarse de nanoestructuras artificiales creadas por los físicos, ya que no existen en la naturaleza, o al menos no se conocen, sustancias con un índice de refracción negativo.
A partir de estas superlentes, montadas en un dispositivo de geometría cilíndrica, un equipo externo a la lente captura las ondas evanescentes emitidas por los objetos a estudio tras ser iluminados por un finísimo rayo láser, de forma que se obtiene una imagen ampliada más allá del límite de difracción, mucho más de lo que un microscopio convencional puede registrar.
Una resolución «récord»
Smolyaninov ha obtenido con su superlente de anillos de polímeros una resolución de 70 nanometros, siete veces superior al límite de difracción de la iluminación por láser efectuada sobre el objeto. Por su parte, Zhang, con su «hiperlente» en 3D -así prefiere llamarla-, ha logrado una resolución cercana a los 130 nanometros.
Estas enormes prestaciones logradas por ambas superlentes abren una nueva dimensión al campo de la óptica. Las resoluciones obtenidas por Smolyaninov y Zhang sólo son superadas por la microscopía electrónica -por los denominados microscopios de fuerzas atómicas, o por los de túnel de barrido-, pero estos microscopios no se basan en la óptica, sino en la interacción atómica: el observador no «ve» la muestra, sólo contempla su «huella».
Igor Smolyaninov ha manifestado a la revista electrónica «Physicsweb», en cuyo último número aparecen reflejados ambos trabajos, que «ahora el verdadero desafío reside en localizar la muestra a estudio -por su reducidísimo tamaño-... apenas llegas a ver si la tienes enfocada o no».
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