Coloca un trozo de mineral como el Espato de Islandia, una variedad de calcita transparente y romboédrica, por encima de una imágen y de repente verás doble, gracias a un fenómeno llamado doble refracción, resultado de una cualidad del material cristalino denominada Anisotropía Óptica. Más allá de un ingenioso truco, los materiales con anisotropía óptica son vitales para una variedad de dispositivos como láseres, pantallas, filtros de lentes, microscópios e incluso iluminación.
Un equipo de científicos e ingenieros dirigido por la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad del Sur de California (USC) han creado un cristal que tiene un mayor grado de anisotropía óptica que cualquier otra sustancia sólida de la tierra, especialmente para luz infrarroja.
“La anisotropía óptica es enorme, lo que hace que el material sea prometedor para su uso en una amplia gama de aplicaciones ópticas”, comentó Mikhael Kats, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UW-Madison y uno de los autores principales del estudio.
El nuevo cristal tiene una birrefringencia (o doble refracción) óptica de aproximadamente 50 o 100 veces superior, una medida de la anisotropía, para la luz infrarroja que nunca antes se había medido. Esta espectacular capacidad de división de la luz proviene de una estructura molecular única que consiste en largas cadenas de átomos dispuestas en filas paralelas.
Utilizando métodos computacionales avanzados, los investigadores seleccionaron cuidadosamente las filas de átomos, las cultivaron con precisión en el laboratorio y las estudiaron meticulosamente.
Anisotropía Óptica y refracción
La anisotropía óptica es la propiedad general de algunos materiales por la que la luz no se transmite a la misma velocidad para cada una de las direcciones consideradas, obteniendo por tanto un intervalo de diferentes índices de refracción. La luz se ralentiza por cantidades predeciblemente diferentes cuando pasa a través de diferentes materiales, por lo que los haces se doblan cuando hacen la transición entre el aire y sustancias como el agua o el vidrio. Esta ligera flexión de la luz se denomina refracción, y es parte de lo que da a los diamantes su brillo.
Las ondas de luz en el mismo haz que viaja a través de un material con anisotropía óptica se ralentizará más o menos dependiendo de la polarización, una medida de la dirección en que las ondas vibran.
El ojo humano no puede ver la polarización por sí solo, pero la capacidad de alterar la orientación vibratoria de la luz es esencial para las pantallas LCD, peliculas 3D, láser y filtros de lentes. La mayoría de los dispositivos que cambian la polarización de la luz dependen de materiales con anisotropía óptica.
El nuevo material también podría ser útil en células fotovoltaicas recolectoras de energía o diodos emisores de luz (LEDs). En el futuro, los investigadores planean explorar otras propiedades del nuevo material, ya que también trabajan para desarrollar estrategias para sintetizarlo en grandes cantidades.
El proyecto fue un esfuerzo de equipo en el que participaron investigadores de múltiples instituciones con experiencia variada.
«Este es un gran éxito para la ciencia colaborativa», dice Kats, quien dirigió las mediciones ópticas, mientras que Ravichandran y el profesor de ingeniería eléctrica de USC Han Wang sintetizaron el material. «La amplia gama de conocimientos y capacidades en todo nuestro equipo permitió este gran avance».
Los científicos están archivando una patente sobre el material a través de USC y la Wisconsin Alumni Research Foundation en UW-Madison. Otros colaboradores incluyeron científicos de la Universidad de Missouri y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson.
