A un paso de la «capa invisible»

Los dos equipos trabajan por separado pero bajo la dirección unificadora de Xian Zhang, del Centro de Ingeniería y Ciencia a Nanoescala de la Universidad de California en Berkeley. Ambos publican sus convergentes resultados esta semana, uno en las páginas de «Science», otro en las de «Nature».

En ambos casos se ha partido de los importantes avances logrados por el físico británico y firme candidato al Nobel John Brian Pendry, que fue el primero que se fijó en el extraño comportamiento de la luz a través de los metamateriales, y en las inmensas posibilidades ópticas que se abrían a partir de ese punto.

Metamateriales

No es conveniente avanzar demasiado en la explicación sin tener claros algunos conceptos previos. Por ejemplo, qué son los metamateriales. Su definición a veces resulta confusa. No sólo se trata de materiales absolutamente artificiales sino que su estructura y propiedades difieren tanto de los materiales naturales que más bien se les debería calificar de materiales experimentales. Concebidos para poner a prueba la materia.

Son materiales en los que manda la estructura y no la composición. Entonces el metamaterial puede desarrollar capacidades que no residen en ninguno de sus componentes, y que aparentemente alteran todas las leyes físicas conocidas. Su reino no es de este mundo sino el de los objetos nanométricos, es decir, infinitamente pequeños -la milmillonésima parte de un metro-. Tan pequeños como para ser menores que la longitud de onda que la luz. Lo cual da pie a una cualidad asombrosa como es la refracción negativa de la luz.

En todo el mundo natural conocido la refracción es positiva. La luz se curva al pasar de un medio óptico a otro, por ejemplo del aire al agua, modificando nuestra percepción en función de la densidad material que las ondas de la luz tienen que atravesar. Esa es la causa de que por ejemplo si miramos el fondo de una piscina desde fuera nos puede parecer mucho menos profundo de lo que en realidad es.

Refracción negativa

La refracción negativa produciría un efecto tan asombroso como hacernos ver el fondo de la piscina por encima de la superficie. Porque en los objetos grandes y habituales la luz se «ve» directamente reflejada. En los objetos nanométricos la luz queda atrapada a una escala tan invisible que se produce algo así como una pérdida de luz, un eclipse de visión. Una resta que lleva a un nuevo equilibrio.

Los primeros que se fijaron en este fenómeno pensaron en aprovecharlo para usos ópticos: por ejemplo para ajustar lentes perfectas, o microscopios capaces de ver virus vivos. O para corregir el efecto Doppler o minimizar las interferencias de las antenas.

Pero era cuestión de tiempo que alguien se atreviera a intentar la aventura de lo invisible, es decir, a conseguir un metamaterial que actuara como un escudo frente a la luz. El objetivo era que las ondas luminosas lo evitaran y recuperaran su forma después de haberlo evitado, como el agua de un río sigue fluyendo después de bordear una piedra. El resultado sería que no veríamos ese objeto, no tendría ningún impacto visual en nosotros.

De algún modo se trata de llevar al límite la técnica de los espejismos: el calor y el vapor pueden producir una extrema refracción, entonces nos parece ver agua en el suelo porque la luz queda atrapada y como «doblada». En realidad es la luz reflejada por el cielo lo que vemos en el suelo. Con lo cual, en la práctica, una parte del suelo ha devenido invisible.

Los primeros experimentos intentaron dotar de mantos de invisibilidad a objetos bidimensionales tales como pequeños cilindros de cuero. Esta es la primera vez que se aborda lo tridimensional, y además desde una doble perspectiva.

El metamaterial elegido como escudo por uno de los equipos es una especie de red a escala nanométrica de capas alternas de plata y de sales de magnesio no conductoras. Los científicos alcanzaron un índice negativo de refracción con una longitud de onda de 1500 nanómetros, lo cual está muy cerca de la luz infrarroja. La clave, según el investigador Jason Valentine, es que el contraste de capas de metamaterial conductor y no conductor funciona como una sucesión de circuitos de corriente alterna. Es la primera vez que se crea un circuito capaz de responder al campo magnético de la luz, algo que no sucede en el mundo natural. «Es el primer material tridimensional dotado de lo que podríamos llamar magnetismo óptico, con lo cual los campos eléctricos y magnéticos retroceden ante el material», concluye.

El experimento descrito en Science usó diminutos cables de plata desarrollados en óxido de aluminio poroso. En este caso se consiguió la refracción negativa en el umbral de los 660 nanómetros.

Todavía falta mucho para que se pueda temer que el ejército norteamericano pueda tener soldados y tanques invisibles. Se ha conseguido vislumbrar sólo un destello de invisibilidad, y en longitudes de onda muy limitadas y concretas. «No pretendemos camuflar a nadie», dicen los investigadores, tratando de alejar el fantasma del mal uso de sus descubrimientos.