Construyendo materiales con aguja e hilo de luz

Aunque este tipo de cosas no se harán realidad hasta dentro de bastante tiempo, esta técnica que los investigadores han desarrollado para construir materiales -con bloques de un diámetro de unas pocas millonésimas de metro- se puede usar para controlar la forma en que la luz pasa a través de estos materiales. Los detalles del trabajo se publican hoy en la revista Nature Communications.

La clave para cualquier clase de efecto de "invisibilidad" está en la forma en que la luz interactúa con la materia. Cuando la luz incide en una superficie, es absorbida o reflejada, lo que nos permite ver los objetos. Sin embargo, mediante el diseño de materiales a escala nanométrica, es posible producir "metamateriales", capaces de controlar la forma en que la luz interactúa con ellos. Por ejemplo, pueden refractar la luz de una forma diferente, lo que provoca que los objetos parezcan invisibles.

La técnica desarrollada por el equipo de Cambridge utiliza un halo de láser desenfocado, en forma de miles de millones de agujas de luz, que sirven de costura para nanopartículas de oro organizadas en largas cadenas, todo esto, directamente en el agua. Estas cadenas pueden entonces ser agrupadas en capas una encima de la otra, similar a los ladrillos de Lego. Este nuevo método hace posible la producción de materiales en cantidades mucho más altas de las que era posible hacer con las técnicas actuales.

Para formar estas diminutas cadenas, los investigadores primero utilizan una molécula en forma de barril llamada cucurbituril o CB, que actúa como separadores en miniatura, lo que permite un grado de control muy alto sobre la separación entre las nanopartículas, ya que las bloquea en sus respectivos sitios.

Moléculas de cucurbituril

Con el fin de conectarlas eléctricamente, los investigadores tenían que construir un puente entre las nanopartículas. Las técnicas de soldadura convencionales no serían eficaces, ya que provocarían que las partículas se fundieran. "Se trataba de encontrar una manera de controlar ese puente entre las nanopartículas", dijo el doctor Ventsislav Valev, del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge y uno de los autores del artículo. "Para unir un par de nanopartículas estaba bien, pero el reto era ampliar esa escala".

La clave para controlar los puentes se encontraba en las moléculas de cucurbituril, ya que una separación precisa entre las nanopartículas permite mucho más control sobre el proceso. Cuando el láser se apunta a las cadenas de partículas con sus andamios de CB, produce ondas de plasmones, es decir, electrones en la superficie del metal.

Estos electrones saltan para concentrar la energía de la luz en átomos en la superficie y luego se unen a ellos para formar puentes entre las nanopartículas. Utilizar láseres ultrarrápidos lleva a formar miles de millones de estos puentes en una sucesión rápida, enhebrando las nanopartículas en cadenas largas que pueden ser monitorizadas en tiempo real.

"Hemos controlado las dimensiones de una forma que nunca antes ha sido posible", dijo el Dr. Valev, quien en este proyecto trabajó con investigadores en química, materiales y metalurgia de la universidad. "Este nivel de control nos abre una amplia gama de posibles aplicaciones prácticas".