La luz serpentea por diminutos huecos

La luz normalmente viaja en línea recta – pero no cuando cruza un hueco entre dos placas que están separadas una distancia menor de su longitud de onda. Los físicos han sabido de este extraño comportamiento durante algún tiempo, pero ha sido muy difícil de demostrar con exactitud qué camino sigue la luz. Ahora, sin embargo, investigadores en los Estados Unidos han creado un modelo por ordenador que hace exactamente eso, y podría ser sacar provecho de estas únicas capacidades ópticas de los diminutos huecos parea construir microscopios más sensibles y células fotovoltaicas más eficientes Appl. Phys. Lett. 91 153101.

Cuando se irradia luz entre dos superficies separadas por menos de su longitud de onda, no hay suficiente espacio para que la luz cruce el hueco como una onda propagativa. En lugar de esto salva el hueco a través de ondas “evanescentes”, que son ondas estacionarias que sólo existen en una superficie de la longitud de onda o menor. Aunque los físicos están comenzando a explotar tales ondas en dispositivos nano-ópticos como superlentes, cómo se comporta la luz exactamente en esto diminutos huecos es difícil de predecir usando la teoría electromagnética.

Ahora, Zhuomin Zhang y sus colegas del Instituto Tecnológico de Georgia han logrado una nueva forma de predecir el comportamiento de la luz infrarroja en tales huecos. En lugar de centrarse en la luz misma, modelan cómo las ondas evanescentes transfieren el calor a través de un hueco de vacío de 100 nm entre dos placas de carburo de silicio. Esto implica calcular el “vector de Poynting”, el cual describe el flujo de la energía electromagnética.

Sus simulaciones demuestran que en lugar de viajar en línea recta, la luz serpentea en su camino a través del hueco. El equipo cree que esta nueva capacidad para visualizar cómo viaja la luz a través de huecos diminutos ayudaría a los científicos a tomar importantes decisiones en el diseño de dispositivos nano-ópticos – tales como qué forma darle a las placas o cómo de separadas deberían estar.

De acuerdo con Zhang, las simulaciones podrían ayudar a los investigadores a crear estructuras nano-ópticas que son extremadamente buenas absorbiendo radiación infrarroja. Tales estructuras podrían usarse para hacer células termofotovoltaicas (TVP) muy eficientes, las cuales convierten la radiación infrarroja en electricidad. Las células de TVP podrían algún día usarse para generar electricidad a partir del calor residual de los procesos industriales.

Las simulaciones también proporcionan una ilustración vívida de la refracción negativa de la luz tanto en interfaces de vacío como de carburos de silicio. La refracción negativa tiene lugar cuando la luz viaja de un medio a otro y se dobla en la dirección opuesta a la normalmente asociada con la refracción. Los físicos ya han se han aprovechado de este efecto en “superlentes” fabricadas a partir de trozos de carburos de silicio que son capaces de tomar imágenes de diminutas estructuras que son mucho menores que las longitudes de onda de la luz usada.

Ciencia Kanija