Crean una 'piel' ultrafina que hace invisibles los objetos que cubre

DE APENAS 80 NANOMETROS DE ESPESOR

Científicos del Berkeley Lab han ideado una capa ultrafina que puede hacer invisible un objeto, adaptándose a su forma y ocultándolo de la detección con luz visible.

Aunque esta capa sólo es de tamaño microscópico, los principios detrás de la tecnología deben permitir su fabricación a escala para ocultar objetos macroscópicos también.
Trabajando con elementos como nanoantenas de oro, los investigadores de Berkeley diseñaron un 'manto de piel' de apenas 80 nanómetros de espesor, que se envuelve alrededor de un objeto tridimensional del tamaño de unas pocas células biológicas, arbitrariamente conformado con múltiples golpes y abolladuras.

La superficie de la capa de piel estaba metadiseñada para desviar las ondas de luz reflejadas de manera que el objeto se vuelva invisible para la detección óptica cuando se activa la capa. La investigación ha sido publicada en Science.
"Esta es la primera vez que un objeto 3D de forma arbitraria ha sido envuelto para ocultarlo de la luz visible", dijo Xiang Zhang, director de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y una autoridad mundial en metamateriales: nanoestructuras artificiales diseñadas con propiedades electromagnéticas que no se encuentran en la naturaleza. "Nuestra capa ultradelgada ahora se ve como un abrigo. Es fácil de diseñar y poner en práctica, y es potencialmente escalable para ocultar objetos macroscópicos."
Es la dispersión de la luz - ya sea visible, infrarroja, rayos X, etc.- a partir de su interacción con la materia, la que nos permite detectar y observar los objetos. Las normas que rigen estas interacciones en materiales naturales pueden eludirse en metamateriales cuyas propiedades ópticas de derivan de su estructura física en lugar de su composición química.
Durante los últimos diez años, Zhang y su grupo de investigación han estado empujando los límites de cómo interactúa la luz con los metamateriales, logrando curvar la trayectoria de la luz o que se doble hacia atrás, fenómenos que no se ven en los materiales naturales, para hacer objetos ópticamente indetectable. En el pasado, sus capas de invisibilidad óptica basadas en metamateriales eran voluminosos y difíciles de hacer a gran escala, y entrañaban una diferencia de fase entre el objeto envuelto y el fondo circundante que hacía el manto en sí detectable, aunque lo que se oculta no lo era.
"La creación de una capa invisible que funciona en el aire era tan difícil que tuvimos que incrustarla en un prisma dieléctrico que introdujo una fase adicional en la luz reflejada, lo que hizo que la capa visible por la detección sensible a la fase", dice el co-autor principal Xingjie Ni. "Avances recientes en metasuperficies, sin embargo, nos permiten manipular la fase de una onda que se propaga directamente a través del uso de elementos en sublongitud de onda, de un tamaño que localmente adapta la respuesta electromagnética en la nanoescala, una respuesta que se acompaña de un dramático confinamiento de luz."
En el estudio de Berkeley, cuando la luz roja golpeó el objeto de muestra 3D de forma arbitraria, que mide aproximadamente 1,300 micras cuadradas de superficie, envuelto con la piel invisible a base de nanoantenas de oro, la luz reflejada por la superficie de la capa de la piel era idéntica a la luz reflejada por un espejo plano, por lo que el objeto debajo de ella era invisible incluso para la detección sensible a la fase. El manto invisible se puede dar activar o desactivar simplemente cambiando la polarización de las nanoantenas.
"Un cambio de fase proporcionado por cada nanoantena individual restaura plenamente tanto el frente de onda como la fase de la luz dispersada, de manera que el objeto permanece perfectamente oculto", dice el co-autor principal Zi Jing Wong, también miembro del grupo de investigación de Zhang.
La capacidad de manipular las interacciones entre la luz y los metamateriales ofrece perspectivas de futuro tentadoras para las tecnologías tales como microscopios ópticos de alta resolución y equipos ópticos ultrarrápidos. Capas de la piel invisible en la escala microscópica podrían resultar útiles para ocultar el diseño detallado de los componentes microelectrónicos o con fines de cifrado de seguridad. En la macroescala, entre otras aplicaciones, las capas de invisibilidad podría resultar útil para pantallas 3D.