Hasta hace bien poco, los físicos consideraban imposible poder crear un manto capaz de hacer invisible lo que existe realmente ante nuestros ojos. Pero las leyes de la óptica han cambiado. Los científicos crearon ya hace unos años un material nuevo capaz de modificar el comportamiento de la luz visible. Por tanto hoy en día ya se cree que, la invisibilidad de objetos bajo el espectro de la luz visible sea una realidad.
Sabido es que los humanos no podemos percibir sonidos fuera del rango de frecuencias audibles (frecuencias entre 20Hz y 20.000Hz), como por ejemplo un silbato ultrasónico para perros (que pueden oír un rango de frecuencias de 30Hz a 50.000Hz), pero el silbato lo produce realmente, ya que el perro si es susceptible a detectar el mismo.
Lo mismo pasa con la luz visible. La luz es una onda, y como todas las ondas, se encuentra dentro de un rango de frecuencias, que vienen determinadas por su longitud de onda dentro del espectro de radiación. Si se consigue que un objeto pueda cambiar el comportamiento de la luz visible ante él, dejará de estar presente al ojo humano, pero lógicamente seguirá existiendo en la realidad.
Para lograr la invisibilidad, el escudo o manto debe curvar el rayo de luz y evitar que se refleje en el objeto. Esto hoy en día se puede conseguir con unos nuevos materiales: los metamateriales.
En el 2006, el Dr. David Smith de la Universidad de Duke (Carolina del Norte, Estados Unidos) y el Dr. John Pendry del Imperial Collage de Londres lograron hacer invisible un cilindro de cobre de dos o tres centímetros de diámetro a la radiación de microondas. Lo que consiguieron fue que las microondas bordearan el objeto, tal como el agua bordea una roca en un río, de forma que si estamos bajo este río, el patrón que sigue el agua no nos dice que hay una roca río arriba. Para ello se recubrió el cilindro con un nuevo tipo de material: metamateriales.
A principios de 2007, científicos alemanes y del Departamento de Energía de Estados Unidos, anunciaron que por primera vez en la historia, se había conseguido crear un metamaterial capaz de ocultarse bajo la luz roja del espectro electromagnético.
En 2008, Xiang Zhang, de la Universidad de California (en Berkeley), hizo desaparecer un pequeño objeto de la vista, cuando lo rodeó de un anillo de metamateriales hechos de plata y fluoruro de magnesio con una estructura en red a escala nanométrica.
En 2011, las investigaciones van más allá, y científicos de la Universidad de Texas, dirigidos por Andrea Alu, consiguieron hacer invisible un objeto tridimensional al aire libre utilizando metamateriales.
¿Qué son los Metamateriales?
Esta es una pregunta lamentablemente no fácil de responder, ya que no existe una definición universal de este concepto.
En el sentido más amplio, se trataría de un material artificial que presenta propiedades electromagnéticas inusuales, propiedades que proceden de la estructura diseñada y no de su composición, es decir, son distintas a las de sus constituyentes.
Generalmente se trata de estructuras periódicas con dimensiones menores que la longitud de onda incidente, de esta manera, la estructura diseñada podría considerarse como una “molécula”, y sus propiedades ser modeladas mediante parámetros globales, permitividad, permeabilidad, índices de refracción…. exactamente igual a como se hace con las moléculas presentes en la naturaleza.
Hay quienes consideran los Metamateriales, como aquellos que tienen una refracción negativa (esto es básicamente refractar la luz para que no se pueda ver) .
Todos los materiales naturales tienen un índice de refracción positivo que provoca que cuando incide la luz sobre ellos, ésta se desvíe y podamos ver los objetos tal y como son.
Los Metamateriales no son materiales naturales, sino un compuesto que, como resultado final, tiene propiedades no encontradas en sustancias que se forman en la naturaleza, como por ejemplo, el poseer una permisividad dieléctrica y una permeabilidad magnética negativa que provocan que el índice de refracción también sea negativo.
Refracción en un metamaterial con refracción negativa. . La flecha entrecortada ilustra como se refractaría, si el mismo índice fuera positivo
Representación de la refracción en un medio convencional y en un medio con un índice de refracción negativo. El efecto sería algo como lo que se puede observar en la siguiente imágen:
Representación de la refracción en un medio convencional y en un medio con un índice de refracción negativo
Al poder jugar con la luz dirigiéndose a izquierdas por efecto de un metamaterial (por eso se conocen como materiales zurdos) y luego a derechas por efecto de un material con índice de refracción natural es posible dirigir la luz creando lentes o camuflajes perfectos.
La investigación sobre Metamateriales ha crecido exponencialmente. Los laboratorios de investigación de universidades e industrias tienen grupos dedicados al análisis, caracterización y aplicación de materiales.
Es tal la importancia de estos nuevos Metamateriales, que según un artículo publicado por la revista SCIENCE, el pasado 2010, se encuentran dentro de los 10 grandes descubrimientos de la primera década del siglo XXI.
Este gran descubrimiento científico está suponiendo el desarrollo de nuevos dispositivos en los campos de la óptica y las telecomunicaciones, tanto a nivel micrométrico como a nivel nanométrico.
En particular, estos materiales hacen posible realizar novedosos dispositivos de microondas como antenas de ondas de fuga en el modo dominante, lentes con Índice de Refracción Negativos, antenas resonadoras pequeñas y componentes de dos bandas que no eran posibles obtener antes.
Los Metamateriales hoy en día tienen innumerables aplicaciones tanto en la rama Óptica como en la rama de las comunicaciones.
Podemos concluir diciendo que Los descubrimientos científicos de los últimos años sobre nuevos materiales artificiales, como los Metamateriales podrían hacer invisibles objetos en un futuro no muy lejano.
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