Esta extraña estructura está rompiendo todas las leyes físicas de la óptica

La manipulación de la luz es crucial para numerosas aplicaciones tecnológicas, desde la realidad aumentada hasta la fotografía avanzada, y su protagonismo en estudios que incluso desafían las creencias de lo que interpreta nuestro cerebro está muy presente. Sin embargo, la óptica ha enfrentado una limitación histórica.

Este obstáculo reside en la relación intrínseca entre la longitud de onda y el ángulo de la luz, especialmente en estructuras de tipo periódico. Este acoplamiento implica que ajustar la dirección de la luz altera su longitud de onda filtrada, limitando la flexibilidad de los dispositivos.

Esta ligazón, considerada inevitable y un desafío importante, afecta tecnologías que requieren sintonización separada. Se manifiesta en problemas como distorsiones cromáticas en pantallas de realidad aumentada o la reducción de precisión en detectores espectrales.

Desafiando las reglas de la luz con nuevas 'metarrejillas'

Científicos de las universidades de Sun Yat-sen y Fudan, liderados por los profesores Jian-Wen Dong y Lei Zhou, han encontrado la clave para romper esta limitación fundamental, tal como recoge la publicación especializada Scitech Daily. Su estudio apunta a la direccionalidad de la radiación.

Mediante análisis teórico, descubrieron que la simetría de inversión espacial y una radiación altamente direccional de los modos ópticos son condiciones esenciales para desacoplar ángulo y longitud de onda.

Basándose en esto, introdujeron un desplazamiento lateral en metarrejillas de doble capa. Este diseño mantiene la simetría de inversión espacial pero rompe la vertical, logrando un control angular preciso de la radiación.

Propusieron diseños generales para lograr selectividad espacio-espectral en ángulos y longitudes de onda arbitrarias, abriendo nuevas vías para el desarrollo óptico.

El complejo proceso de fabricación y sus futuras aplicaciones prácticas

La fabricación de estas metarrejillas de doble capa supuso un reto considerable, exigiendo planitud extrema y alineación precisa entre capas ultrafinas, lo que demanda técnicas de nanofabricación muy sofisticadas.

Para superarlo, desarrollaron un método innovador con múltiples pasos de grabado y deposición. Este enfoque, combinado con una técnica de alta precisión, permitió obtener dispositivos de calidad, operativos en infrarrojo cercano, con precisión de aproximadamente 10 nanómetros.

Con esta plataforma, demostraron alta reflectancia solo en un ángulo y una única longitud de onda. Confirmaron la direccionalidad de la radiación mediante microscopía óptica y mediciones de polarización cruzada.

El equipo ha desarrollado metarrejillas de doble capa de escala milimétrica y alta precisión. Lograron imágenes de alto contraste con selectividad espacial y espectral simultánea (a 0° y 1342 nanómetros), abriendo vías para imagen y computación óptica compactas.

Los científicos prevén que esta investigación ofrece una solución al control independiente del ángulo y la longitud de onda, y proporciona nuevas perspectivas para aplicaciones tecnológicas, como pantallas de realidad aumentada o virtual, imagen espectral y fabricación avanzada de semiconductores.