Componentes ópticos sintonizables basados en polímeros
Un equipo de investigación interdisciplinar desarrolla una metisuperficie que puede conmutarse con la luz
Un equipo de investigación interdisciplinar de los departamentos de Química y Física de la Universidad de Jena ha desarrollado un recubrimiento material cuyas propiedades de refracción de la luz pueden conmutarse con precisión entre distintos estados. El equipo, dirigido por Felix Schacher, Sarah Walden, Purushottam Poudel e Isabelle Staude, combinó polímeros que reaccionan a la luz con las llamadas meta-superficies. Esta innovación ha permitido crear nuevos componentes ópticos que podrían utilizarse en el procesamiento de señales. Sus hallazgos se publican ahora en la revista "ACS Nano".
Combinar dos sistemas establecidos para crear algo nuevo
"Tanto las metasuperficies como los polímeros conmutables por luz se conocen en principio desde hace décadas", explica Sarah Walden, del Instituto de Física del Estado Sólido, que ahora dirige un grupo de investigación en Australia. Y añade: "Pero somos los primeros en combinar ambos de esta forma para desarrollar nuevos componentes para aplicaciones ópticas". Las metasuperficies son capas finas nanoestructuradas cuyos tamaños estructurales característicos son menores que la longitud de onda de la luz. Esto permite influir específicamente en las propiedades de la luz y su propagación, posibilitando diversas funciones ópticas que de otro modo realizarían lentes, polarizadores o rejillas. Por otro lado, los polímeros conmutables son plásticos cuyas propiedades -como el índice de refracción de la luz- pueden cambiar entre distintos estados.
"Los polímeros que utilizamos contienen moléculas de colorante", explica Felix Schacher, del Instituto de Química Orgánica y Química Macromolecular. "Esto significa que absorben luz de una determinada longitud de onda y, al hacerlo, cambian su estructura y, por tanto, sus propiedades, como el índice de refracción de la luz en este caso". Para que el colorante vuelva a su estructura anterior con la propiedad correspondiente, se necesita luz de otra longitud de onda. "Lo especial de nuestro sistema", explica la física Isabelle Staude, "es que los cambios en el índice de refracción afectan a las propiedades ópticas de la meta-superficie cuando se recubre con un polímero de este tipo". Los cambios conseguidos fueron sorprendentemente significativos, incluso en comparación con sistemas similares conocidos hasta ahora. "Como los polímeros muestran una absorción diferente en función del colorante, se pueden separar muy bien varios efectos entre sí o combinarlos", resume el físico.
Comportamiento físico inusual
Además de este prometedor resultado, el equipo hizo un descubrimiento sorprendente: "En nuestro trabajo, utilizamos dos tintes diferentes por separado, cada uno aplicado a una meta-superficie. Esto confirmó el efecto", explica Schacher. "Sin embargo, al mezclar ambos polímeros conmutables, se producen efectos adicionales", informa. "Sospechamos que las dos moléculas de colorante diferentes interactúan entre sí, pero de momento no podemos asegurarlo". Se necesitan más investigaciones para aclarar este interesante comportamiento.
Investigación fundamental con la vista puesta en la inteligencia artificial óptica
Aunque el objetivo principal de estas superficies conmutables era demostrar el principio básico, el grupo de investigación puede prever varias aplicaciones: "Dado que estas superficies pueden cambiar entre distintos estados de propiedades con la luz, la tecnología de sensores es un área de aplicación natural". También es concebible que estas superficies conmutables puedan utilizarse para el procesamiento óptico de datos. "Por supuesto, a nuestro equipo le encantaría que estos componentes pudieran utilizarse para redes neuronales ópticas, por ejemplo, que podrían procesar información de imágenes de la misma forma que lo hace ahora la inteligencia artificial electrónica", afirma Schacher. "Sin embargo, como este tipo de procesamiento de datos se basa en la luz y no en la electrónica, es mucho más eficiente desde el punto de vista energético y más rápido que la IA tradicional basada en ordenadores".
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