Visión de Rayos X sin la radiación

La toma de imágenes de rayos X sin radiación dañina y teléfonos móviles con un mayor ancho de banda están cerca de ser realidad ahora que los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de lente que funciona con frecuencias de teraherzios. Las nuevas lentes están hechas de un metamaterial, un material artificial cuya estructura está hecha de piezas diminutas, y podría expandir drásticamente las aplicaciones de las lentes.

Las lentes normales se centran en la luz visible, infrarroja y de microondas, y tienen utilidad en una gran variedad de dispositivos habituales como cámaras, móviles y gafas. Pero estas lentes tienen direcciones y puntos focales fijos. Esto es un problema porque múltiples lentes y controles complejos son en ocasiones necesarios para guiar la luz con precisión. Para algunas frecuencias luminosas -como la de radiación de teraherzios, un tipo de radiación entre la infrarroja y las bandas de microondas del espectro electromagnético que pasa a través de muchos materiales que bloquean la luz visible y la infrarroja- los materiales ordinarios desarrollados hasta hoy no funcionan en absoluto como lentes.

Las lentes de metamateriales podrían resolver ambos problemas. En teoría, pueden estar diseñados para alterar sus propias estructuras de forma que cambien la forma en la que centran la luz. También en teoría, pueden estar diseñadas específicamente para trabajar a frecuencias de teraherzios.

Los físicos de la Universidad de Boston decidieron probar la teoría creando sus propias lentes de metamateriales. Prepararon diminutos anillos de oro, de unas 100 micras, en una red de nitruro de silicio. Cada anillo tenía un pequeño corte para crear un pequeño circuito llamado Resonador de Anillos Abiertos. Rotando un resonador a través de un haz de luz cambiará la forma en la que interactua con esta. En algunos ángulos, el resonador amplificará el campo magnético de la luz, y en otros ángulos amplificará el campo eléctrico -de la misma manera que un átomo en el material de una lente convencional interactua con la luz que pasa a través de la lente. Sin embargo, los átomos del resonador de anillos abiertos pueden situarse de la misma manera que la lente de luz de teraherzios. Al calentar o enfriar el material, los investigadores pueden hacer que los resonadores roten de manera que cambien la forma en que se curva la luz. Pueden incluso forzar a que el metamaterial haga cosas imposibles con materiales naturales, como cambiar entre índices de refracción negativos y positivos para modificar la dirección en la que un haz de luz se curva al pasar por el material.

Los investigadores desvelarán las nuevas lentes mañana en la conferencia de Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science en California.

Evan Reed, físico de Stanford está impresionado con el trabajo. “Metamateriales reconfigurables son un salto cuántico más allá de sus homólogos estáticos”, dice. “Este trabajo podría tener un gran impacto si los conceptos se pudiesen extender” en otras frecuencias además de los teraherzios. Reed sugiere, por ejemplo, que metamateriales ajustables podrían ser adaptados para controlar de forma flexible y centrar la luz de frecuencias muy diferentes, que harían que las lentes de un solo metamaterial fuesen capaces de reemplazar conjuntos enteros de lentes tradicionales.

Las lentes de metamateriales ajustables están en pañaes aún, pero los investigadores tienen grandes planes para mejorarlos. Las lentes de metamateriales “definitivas”, dicen, podrían cambiar todas sus propiedades, incluyendo tanto el espacio como la rotación de los resonadores de anillo abierto. Esto daría a los usuarios un gran control sobre la frecuencia y la dirección del haz de luz para aplicaciones como escáneres de precisión, dijo el miembro del equipo Hu Tao. Tao y sus compañeros están actualmente trabajando en métodos más rápidos que los cambios de temperatura para rotar y mover los resonadores.

Este artículo ha sido traducido de Science y publicado bajo licencia CC by-sa

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