Una investigación para ver lo invisible

La revista de referencia en óptica Nature Photonics publicó en octubre que el logro más importante de la década en el campo de los metamateriales ocurrió en el Centro de Nanofotónica de la UPV. Javier Martí y su equipo han creado un nuevo material con índice de refracción negativo a frecuencias del espectro visible. Un paso decisivo hacia la invisibilidad.

Javier Martí en su despacho, cerca de la ventana, en una imagen con un efecto de degradado. Foto Rafa H

El corazón de la Ciudad Politécnica de la Innovación (un modelo de organización de la UPV para mejorar la transferencia tecnológica con la industria) alberga un centro líder en microfabricación de estructuras de silicio para controlar la luz. En la segunda planta del Centro de Tecnología Nanofotónica se encuentra el amplio despacho de su director, Javier Martí. Me pregunta nada más entrar qué área quiero tratar en la entrevista. Allí se investigan sistemas y redes de fibra óptica, biofotónica, defensa, seguridad o computación fotónica. Pero el hechizo de la ciencia ficción puede más. “Invisibilidad”, le digo.

Amable y didáctico, Javier Martí domina el arte de la divulgación de la ciencia y se lanza. “Vemos un objeto porque la luz se refleja en él y llega a nuestro ojo, que es un detector que cubre un margen espectral (el espectro visible). Puede haber objetos que absorban toda la luz que les llegue (un cuerpo negro) y entonces se vería una sombra. Cuando recubres un objeto con el metamaterial, la luz lo rodea y continua en la misma dirección, incide en lo que esta detrás, se refleja y vuelve otra vez al ojo rodeando de nuevo el objeto recubierto. Por tanto, ves algo que está detrás pero no lo que está recubierto por el metamaterial”.

Portada del libro de ciencia ficción 'El hombre invisible'

De esta manera, el metamaterial multicapa creado por el NTC (como se conoce al centro por sus siglas en inglés), al no reflejar ni absorber la luz, es invisible al ojo del observador sin que éste pueda percatarse del objeto recubierto que hay en medio. En 1897 H. G. Wells escribió ‘El hombre invisible’, cuyo protagonista es un científico, Griffin, que modifica su índice de refracción (relación entre la velocidad de propagación de la onda en un medio de referencia y su velocidad en el medio del que se trate ) a un valor cercano al del aire para no ser visto. Los romulanos de la serie ‘Star Trek’ se basaban en el mismo principio para desarrollar los escudos de sus naves invisibles.

Javier Martí calcula que en 20 años se podrán fabricar metamateriales invisibles a escala humana

La refracción positiva se puede comprobar cuando sumergimos parcialmente un palo en el agua. Lo vemos curvado porque las ondas, cuando cambian de medio, ven alterada su velocidad. En cambio, el índice de refracción negativo no se da en la naturaleza. En palabras de Martí: “no hay ningún material en la naturaleza que pueda doblar la luz”, tal y como hace el material tridimensional de la UPV para rodear un objeto. Hasta hace poco sólo se habían fabricado materiales de índice negativo para microondas. Los investigadores del NTC Javier Martí, Carlos García Meca, Alejandro Martínez y Juan Hurtado, junto con ingenieros del King’s College de Londres, han sido los responsables de sintetizar materiales a frecuencias más altas: el espectro visible, en concreto. El metamaterial se teje con nanoestructuras de óxidos de silicio configuradas para dotarlo de propiedades especiales (índice de refracción negativo o insensibilidad a la polarización de la luz, entre otras).

Refracción negativa. Imagen de Wikimedia Commons.

Pero de momento la ciencia ficción no se ha hecho realidad, al menos en objetos grandes. El manto de invisibilidad de Harry Potter no tendría más de medio milímetro con la tecnología actual. Estas son las dimensiones que manejan los laboratorios de nanofotónica. “Es complicado controlar estas estructuras de 10 nanómetros de tamaño (un nanómetro es un milímetro dividido un millón de veces), reproducirlas sobre un recubrimiento y asegurarte de que son iguales y de que tengan las propiedades anteriores. Se necesita mucha precisión, lo que supone un problema tecnológico importante”, aclara.

La pregunta, bastante previsible, tenía que llegar tarde o temprano. ¿Cuándo se podrán confeccionar estos materiales sintéticos a escalas mayores? “Quizá en 20 años”, replica dubitativo este ingeniero de lo minúsculo. No obstante, se muestra optimista: “hay mucha industria apostando por esto”. Los militares ya contactaron con el NTC hace tiempo para conocer de cerca estos avances. Pero no han sido los únicos. Las aplicaciones potenciales de la nanofotónica, y de la nanotecnología en general, son abundantes y cubren campos muy diversos, desde la alimentación hasta la aeronaútica o la computación. No parecen exagerados los postulados de los que ven este tsunami de lo ‘nano’ como la mayor revolución tecnológica de todos los tiempos.