Todo comenzó con el mal día de un romano hace unos 2000 años. No sabemos exactamente cómo ocurrió, pero como pasó más de una vez podemos dejar volar la imaginación. Supongamos que un grupo de romanos estaban disfrutando de una opípara cena y, entre trago y trago, con el alcohol ya nublando su juicio, a uno de ellos le falló la mano. Sus dedos se deslizaron sobre el tallo de una copa, chocándose entre sí con una descoordinación pasmosa. Rápidamente, la copa se precipitó contra el suelo, fragmentando el cáliz en un mosaico de vidrio. En algún momento, alguien se tuvo que deshacer de esos fragmentos y, posiblemente, los tiró en un lugar poco transitado, donde el polvo pudiera sepultar las esquirlas. Dos milenios después, unos investigadores han analizado los restos para encontrar que aquel vidrio es ahora nanotecnología, y podemos inspirarnos en ella para diseñar los dispositivos electrónicos del futuro.

¿Qué han hecho los romanos por nosotros? Decía John Cleese en la famosa escena de La vida de Brian. La respuesta no se hacía esperar: el alcantarillado, la sanidad, la enseñanza, el vino, el orden público, la irrigación, las carreteras y los baños públicos. En realidad, algunos de estos puntos son bastante matizables, pero hoy no queremos corregir esa lista, queremos ampliarla, porque lo que no esperaba ningún Monty Python era que, aparte de todas esas cosas, los romanos pudieran darnos una manera de cultivar cristales fotónicos. Y seamos sinceros: los propios romanos tampoco lo sabían. Hay cosas que ocurren por casualidad, porque las contingencias nos sonríen, y este es uno de esos casos, donde los romanos fueron clave, pero no enteramente responsables del objeto de altísima tecnología que acabaron creando.

Laberintos de luz

En realidad, hace tiempo que conocemos estos vidrios de alta tecnología. Su aspecto los delata y ha atraído a expertos y coleccionistas. Su superficie ha dejado de ser transparente y ahora brilla en una mezcla de azules, verdes, naranjas y puede que algunos tonos dorados. Muchos fragmentos han acabado engarzados en joyas más o menos elegantes y otras piezas de vidrio más completas, por suerte, se exponen en museos donde todos podemos disfrutar de ellas. La capa más externa del vidrio ya no es la misma, se ha convertido en una amalgama de cristales fotónicos. Una palabra sofisticada para hablar de objetos formados por sustancias que se intercalan regularmente y donde cada una “tuerce” la luz que le llega en un ángulo diferente (materiales con un cambio periódico en el índice de refracción).

De hecho… no son cristales al uso, pero comparten con ellos esa periodicidad en su estructura, del mismo modo que la sal de mesa es un cristal cuyos átomos se ordenan formando cubos que se repiten periódicamente, apilándose como cubos más grandes, los cristales fotónicos distribuyen las diferentes sustancias que los componen de forma igualmente periódica, ya sea por capas, por columnas (como si eleváramos las casillas blancas y negras de un ajedrez), como un cubo de Rubik de dos colores intercalados, etc. Al incidir en él un rayo de luz, parte de la luz rebotará siendo reflejada, pero otra se hundirá en el objeto y, según la sustancia que atraviese, el ángulo con el que penetre será diferente. Esa luz terminará llegando a otra capas del cristal fotónico y, de nuevo, parte será reflejada y parte refractada (atravesará la nueva sustancia).

No es el qué, es el cómo

Cada capa rebotará luz a la superficie del material y, al sumarse todas esas ondas, algunos colores se potenciarán, mientras que otros desaparecerán, dando lugar a esos tonos que vemos en la copa. Pues bien, tras visitar al Instituto Italiano de Tecnología (IIT), dos profesores de ingeniería del Silklab de la Universidad de Tufts, Fiorenzo Omenetto y Giulia Guidetti, decidieron estudiar una pieza muy especial que el IIT apodaba como “el vidrio sorprendente” por su extraña coloración. Tras analizar la estructura y composición de la pieza romana de hace 2000 años, comprendieron que debido a las condiciones de temperatura, acidez y humedad en las que estaba el vidrio, ocurrían dos procesos. Por un lado, la corrosión afectaba al silicio del vidrio, por otro, se ensamblaban nuevas capas que combinaban ese silicio liberado por la corrosión con los minerales de la arcilla circundante. Poco a poco, paso a paso, llegaron a formarse cientos de capas, cada una tan delgada como la millonésima parte de un milímetro.

La manera en que nosotros diseñamos materiales fotónicos es muy diferente, y ahí radica la importancia de este descubrimiento. A pesar de las muchas funciones que ya tienen en el presente, los cristales fotónicos tienen un enorme potencial sin explotar. Su capacidad para dirigir la luz podría permitirnos construir tecnologías más rápidas, capaces de superar en algunos casos a la fibra óptica. Si pudiéramos encontrar una forma de acelerar su crecimiento y que no hiciera falta esperar dos milenios para producirla en grandes cantidades, podríamos revolucionar la tecnología de las comunicaciones tal y como la conocemos.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Los cristales fotónicos no son necesariamente cristales, por ejemplo, en la naturaleza algunos animales obtienen sus colores a través de cristales fotónicos formados por sus tejidos intercalados con aire, teniendo cada uno un índice de refracción diferente. Por ejemplo, el azul de los pavos reales o las mariposas morfo se obtiene así.

REFERENCIAS (MLA):

• Fiorenzo Omenetto and Giulia Guidetti, “Photonic crystals built by time in ancient Roman glass” Proceedings of the National Academy of Sciences