Un par de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech describe una forma de hacer desaparecer un cilindro de tamaño submicrónico sin utilizar ningún recubrimiento especializado. Sus hallazgos podrían permitir la invisibilidad de materiales naturales a la frecuencia óptica [1] y eventualmente conducir auna forma más sencilla de mejorar los dispositivos optoelectrónicos, incluidas las tecnologías de detección y comunicación.
Hacer que los objetos sean invisibles ya no es cosa de fantasía, sino una ciencia en rápida evolución. Las 'capas de invisibilidad' que utilizan metamateriales [2], materiales diseñados que pueden doblar los rayos de luz alrededor de un objeto para hacerlo indetectable, ahora existen.y están comenzando a utilizarse para mejorar el rendimiento de las antenas y sensores de satélite. Sin embargo, muchos de los metamateriales propuestos solo funcionan en rangos de longitud de onda limitados, como las frecuencias de microondas.
Ahora, Kotaro Kajikawa y Yusuke Kobayashi del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de Tokyo Tech informan sobre una forma de hacer que un cilindro sea invisible sin una capa para iluminación monocromática a frecuencia óptica, una gama más amplia de longitudes de onda, incluidas las visibles para el ojo humano.
Primero exploraron lo que sucede cuando una onda de luz golpea un cilindro imaginario con una longitud infinita. Basándose en una teoría electromagnética clásica llamada dispersión de Mie [3], visualizaron la relación entre la eficiencia de dispersión de luz del cilindro y el índice de refracción[4]. Buscaron una región que indicara una eficiencia de dispersión muy baja, que sabían que correspondería a la invisibilidad del cilindro.
Después de identificar una región adecuada, determinaron que la invisibilidad ocurriría cuando el índice de refracción del cilindro varía de 2.7 a 3.8. Algunos materiales naturales útiles caen dentro de este rango, como el silicio Si, el arseniuro de aluminio AlAs y el germanio.arseniuro GaAs, que se utilizan comúnmente en la tecnología de semiconductores.
Por lo tanto, en contraste con los procedimientos de fabricación difíciles y costosos que a menudo se asocian con los recubrimientos de metamateriales exóticos, el nuevo enfoque podría proporcionar una forma mucho más sencilla de lograr la invisibilidad.
Los investigadores utilizaron modelos numéricos basados en el método de dominio de tiempo de diferencia finita FDTD para confirmar las condiciones para lograr la invisibilidad. Al observar de cerca los perfiles del campo magnético, infirieron que "la invisibilidad se debe a la cancelación delos dipolos generados en el cilindro. "
Aunque los cálculos rigurosos de la eficiencia de dispersión hasta ahora solo han sido posibles para cilindros y esferas, Kajikawa señala que hay planes para probar otras estructuras, pero estas requerirían mucha más potencia de cálculo.
Para verificar los hallazgos actuales en la práctica, debería ser relativamente fácil realizar experimentos con pequeños cilindros hechos de silicio y arseniuro de germanio. Kajikawa dice: "Esperamos colaborar con grupos de investigación que ahora se están enfocando en tales nanoestructuras. Entonces, elEl siguiente paso sería diseñar dispositivos ópticos novedosos ".
Las aplicaciones optoelectrónicas potenciales pueden incluir nuevos tipos de detectores y sensores para las industrias médica y aeroespacial.
[1] Frecuencia óptica: una región del espectro electromagnético que incluye luz ultravioleta, visible e infrarroja.
[2] Metamateriales: Materiales especialmente diseñados para tener propiedades electromagnéticas ventajosas. Muchos avances recientes en el encubrimiento óptico se basan en el trabajo pionero de John Pendry sobre metamateriales.
[3] Dispersión de Mie: descripción de la dispersión de partículas de luz que tienen un diámetro mayor que la longitud de onda de la luz incidente. Lleva el nombre del físico alemán Gustav Mie 1868-1957, quien publicó un artículo fundamental sobre la dispersión de la luz.por coloides de oro en 1908.
[4] Índice de refracción: una medida de qué tan rápido se propaga la luz a través de un material.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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