Las imágenes de los objetos que vemos son un conglomerado de ondas luminosas reflejadas, refrectadas o dispersadas que, a medida que se propagan, van adquiriendo información de los objetos con los que interactuan. Aunque pueda parecerlo, la luz no es un ente continuo, cuando se analiza su energía descubrimos que se transmite en paquetes diminutos que llamamos “fotones”, muestra inequívoca de su doble naturaleza, onda y partícula a la vez. Esa es la razón por la que la ciencia que estudia la luz se conoce como “fotónica”.

La luz blanca es una mezcla de ondas de distinta frecuencia que, cuando se separan convenientemente y son captadas por nuestros ojos, nuestro cerebro las interpreta como diferentes colores. Pero los ojos y el cerebro tienen capacidades limitadas, existen muchas frecuencias que no podemos ver, aunque hemos aprendido a detectarlas y estudiarlas. Las ondas luminosas interactúan con la materia y, dependiendo de cómo esté estructurada esa materia, se comporta de distintas maneras. La óptica es la rama del conocimiento que estudia el comportamiento de la luz con la materia cuando el tamaño de los objetos es grande, sin embargo, cuando las ondas luminosas inciden en estructuras muy pequeños, de tamaños semejantes a las ondas de la luz, que se miden en nanómetros, hablamos de “nanofotónica”.

Nuestro invitado hoy en Hablando con Científicos, Alejandro Martínez Abiétar, investigador en el Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia, explica los conceptos básicos de este campo de estudio. Dos ejemplos de la Naturaleza muestran que la nanofotónica está presente en los sucesos cotidianos: el azul del cielo y los colores de las alas de algunas mariposas. En el primer caso, la luz del Sol, que como he dicho contiene una mezcla de colores, al encontrarse con las partículas de la atmósfera, interacciona de forma muy distinta con cada color. El azul es dispersado con preferencia (el fenómeno es conocido como dispersión de Rayleigh) mientras que otros pasan sin problemas, por esa razón, miremos donde miremos, de día recibimos las ondas dispersadas y el cielo se torna azul. Las alas de las mariposas tambien están compuestas por pequeñísimas escamas que dispersan la luz potenciando unos colores más que otros, por esa razón muchas de ellas presentan irisaciones y colores que cambian dependiendo del tamaño de las escamas y el la inclinación con la que se miran.

Nuestro invitado pertenece al grupo de científicos que utiliza los conocimientos que proporciona la nanofotónica para diseñar materiales nanométricos que permitan controlar la interacción de estos con la luz, imitando a la naturaleza. Ese desarrollo permite el diseño y construcción de materiales nanoestructurados, diseñadas de tal manera que reflejen unos colores o frecuencias de la luz y absorban otros a voluntad. Son muchas las aplicaciones potenciales de estos materiales. Las superficies pueden ser diseñados de forma que absorban luz de distintas frecuencias con la intención de aprovechar al máximo la energía luminosa del Sol para su conversión en energía eléctrica, permitiendo así la construcción de células fotovoltaicas más eficientes. Otra de las posibles aplicaciones es la elaboración de materiales capaces de absorber la energía del sol y emitirla en forma de radiación infrarroja, favoreciendo así la disipación del calor, de esa manera se crean superficies térmicas refrigerantes. Otra rama importante de aplicación de los materiales nanofotónicos es la que se denomina biofotónica. Con los materiales nanoestructurados se pueden construir pequeños chips diseñados de tal manera que, al estar en contacto con ciertas sustancias químicas, cambien de color. Así se pueden utilizar como sensores biológicos capaces de detectar toxinas que revelen la existencia de patógenos o sustancias relacionadas con problemas de salud.

En un artículo recientemente publicado en Science, Alejandro Martínez Abiétar= habla de cómo la nanofotónica permite el desarrollo de materiales nanoestructurados que posibilitan el estudio de la polarización de la luz. Este campo que tiene amplias posibles aplicaciones en las comunicaciones que se realizan a través de cables de fibra óptica.

Os invito a escuchar a Alejandro Martínez Abiétar, investigador en el Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia, Universidad Politécnica de Valencia.

Referencias:

A. Martínez Polarimetry enabled by nanophotonics Science 16 NOVEMBER 2018 • VOL 362 ISSUE 6416

Materiales y dispositivos fotónicos

Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia