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Metamateriales

Artículo de Jesús Madrigal Melchor

Tachas 05
Tachas 05

Desde el trabajo pionero de Victor Veselago, físico Ucraniano nacido en 1929, publicado en 1967 y titulado “La electrodinámica de las substancias con valores negativos de ε y μ”, quien puso sobre la mesa las propiedades de materiales con permeabilidad eléctrica y susceptibilidad magnética negativas simultáneamente, y con los trabajos posteriores de John Pendry y su grupo de investigación, que en 1999 lograron implementar un metamaterial construido con alambres metálicos delgados, se ha despertado un gran interés para su estudio, debido a las interesantes propiedades que presentan.

Por otro lado, de manera experimental, se logró construir un material con índice de refracción negativo reportado en un trabajo de investigación publicado en Science, en 2001, por R. A. Shelby y colaboradores.

Recalquemos lo que se conoce como metamateriales, los cuales se definen en sentido amplio como estructuras artificiales, homogéneas desde el punto de vista electromagnético, que exhiben propiedades físicas insólitas no presentes en la naturaleza.

Una de las propiedades más importantes de los metamateriales, y por la cual son ampliamente conocidos, es que desvían la luz en una dirección contraria a la de los materiales con índice de refracción positiva, esto es, los materiales positivos la desvían hacia la derecha mientras que los materiales negativos la desvían a la izquierda. Por otro lado, presenta efecto Doppler inverso, de modo que la frecuencia de las ondas disminuye en lugar de aumentar al acercarse la fuente.

Con respecto a las aplicaciones más importantes de los metamateriales, como mencionamos en el artículo de la semana pasada, una de las más renombradas son los mantos de invisibilidad electromagnética, los cuales ya se han fabricado a escala pequeña bajo ciertas condiciones y que la industria militar busca desarrollar a escala macroscópica. Esta propiedad, que controla la dirección en que viajan las ondas, se ha aplicado también en la propagación de ondas acústicas —zonas de silencio total o de no acceso a radar, ondas sísmicas—, con la posibilidad de tener ciudades blindadas contra terremotos; por lo que su estudio abre una gama de futuras aplicaciones importantísimas.

Otra aplicación muy importante y ya en uso, es usar metamateriales en la fabricación de antenas, ya que permite reducir su tamaño drásticamente y además reflejar una cantidad mínima de energía comparada con las antenas comunes. Un teléfono celular que usa esta tecnología es el LG BL40.

Por último, está la lente perfecta o superresolución. Como sabemos, debido a la difracción de la luz, no nos es posible ver los objetos con una resolución infinita, sino que depende del tamaño de la longitud de onda con que iluminemos el objeto y, por lo tanto, los detalles de menor tamaño de la longitud de onda que usamos no podrán ser observados. Sin embargo, con una lente perfecta, esto no sucedería y podríamos observar un objeto casi de manera perfecta, a una resolución muy muy grande. Esto ya fue estudiado y propuesto por Sir J.B. Pendry en 2000, en su artículo “Refracción negativa hace lentes perfectos” publicado en Physical Review Letters. J. B. Pendry fue nombrado Caballero (Sir) en 2004 y obtiene en 2013 la medalla Isaac Newton, otorgada por el Instituto de Física (IOP) del Reino Unido, gracias a sus trabajos en metamaterials y a su gran trayectoria como físico.

jmadrigal.melchor@fisica.uaz.edu.mx

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