La invisibilidad, el vidrio y los metamateriales

Piensa en el poder demostrado por el anillo de J. R. R. Tolkien en El Señor de los Anillos, o en los dispositivos de ocultación de los Romulanos de Star Trek (que podían hacer desaparecer de la vista a sus naves de guerra), o en la capa mágica de Harry Potter, o en la prenda que hace que los jugadores se desvanezcan en el clásico videojuego "Dungeons and Dragons”. El poder de hacer desaparecer a alguien o a algún objeto hasta convertirlo en invisible siempre ha fascinado a la humanidad. En la Universidad Tecnológica de Michigan, Elena Semouchkina está trabajando para lograrlo. Te contamos algunos detalles de su trabajo.

Eso es exactamente lo que está haciendo Elena Semouchkina, profesora de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad Tecnológica de Michigan. Ella ha encontrado maneras de utilizar la resonancia magnética para captar los rayos de la luz visible y la ruta que ésta toma en torno a objetos hasta lograr hacerlos invisibles al ojo humano. Semouchkina y sus colegas de la Universidad Estatal de Pensilvania, donde también es profesora, recientemente informaron sobre su investigación en la revista Applied Physics Letters, publicada por el Instituto Americano de Física. Los co-autores son Douglas Werner, Carlo Pantano y Semouchkin George. En la publicación se describe el desarrollo de una capa no metálica que utiliza resonadores idénticos dentro de un cristal de vidrio de calcogenuro, un tipo de material dieléctrico que no es conductor de la electricidad. En simulaciones por ordenador, una capa específica de este tipo de cristal hecha sobre objetos afectados por ondas de infrarrojos (es decir, con longitudes de onda de cerca de un micrón o una millonésima de un metro de largo) sencillamente provoca que estos objetos desaparezcan de la vista, es decir, se tornen invisibles.

La primera aplicación de los vidrios de calcogenuro tuvo lugar en el campo de la xerografía, pero en los años 60 del siglo pasado encontraron utilidad en el área de las nanotecnologías aprovechando la diferencia de conductividad eléctrica entre las fases vítreas y cristalinas que este tipo de cristal posee. Este fenómeno dio lugar a su incorporación en circuitos opto-electrónicos. El proceso tiene lugar por la “amorfización” y “re-cristalización local” de una capa de vidrio de calcogenuro. Se calienta localmente la capa cristalizada hasta una temperatura superior a su punto de fusión por medio de un impulso láser. Luego de esto, la zona caliente se enfría a una gran velocidad, muy superior a la velocidad crítica de amorfización del calcogenuro, dando lugar a la formación en la matriz cristalizada de una marca amorfa con una conductividad eléctrica diferente. Mediante la medición de las propiedades reflectivas (óptica) resultantes es posible leer la información registrada en el material. Primero fue Matsushita la que comenzó con la fabricación de discos DVD y posteriormente Intel y Samsung introdujeron esta tecnología en memorias RAM capaces de alcanzar velocidades de conmutación muy grandes con consumos eléctricos muy bajos y densidades de información altísimas.

Los anteriores intentos por parte de otros investigadores utilizaban anillos de metal y alambres. "El nuestro es el primero en hacer “el encubrimiento” sobre objetos cilíndricos empleando vidrio", dijo Semouchkina. Su capa de invisibilidad utiliza metamateriales que en la práctica son materiales artificiales con propiedades que no existen en la naturaleza. Esta capa está hecha de resonadores de cristales minúsculos dispuestos en un patrón concéntrico dentro de la forma de un cilindro. Los "rayos" de la configuración concéntrica producen la resonancia magnética requerida para “doblar” las ondas de luz alrededor de un objeto, y este fenómeno transforma a dicho objeto en invisible. Los metamateriales empleados en el proceso se comportan como pequeños resonadores en lugar de átomos o moléculas de materiales naturales. Y gracias a esta propiedad se sitúan en un espacio intermedio entre los materiales convencionales utilizados por la ciencia y la ingeniería eléctrica. Según la Sociedad Americana de Física, los metamateriales son considerados uno de los tres descubrimientos más importantes de la década en el campo de la física.

En la actualidad, Semouchkina y su equipo están experimentando con un manto de invisibilidad para trabajar a frecuencias de microondas. En este caso, el manto está construido a partir de resonadores cerámicos. Están utilizando para este trabajo la cámara anecoica de la Universidad Tecnológica de Michigan, esto es, una habitación (con el aspecto de una dantesca caverna), dentro del laboratorio del Centro de Recursos de Energía Eléctrica, en cuyas paredes hay (estratégicamente alineados) conos de espuma altamente absorbente de color gris carbón. Vale aclarar que estos espacios especiales se utilizan para simular los ensayos como si se estuviera trabajando a campo abierto (por ello, todas las paredes se recubren de material absorbente). Allí, las antenas de transmisión y recepción utilizan el espectro de las microondas, que poseen longitudes de onda mayores que la luz infrarroja y alcanzan resonancias de hasta varios centímetros de largo. Utilizando estos medios, han logrado “hacer desaparecer” cilindros metálicos de 5 a 8 centímetros de diámetro y de 8 a 10 centímetros de alto.

"A partir de estos experimentos, queremos pasar a frecuencias más altas y longitudes de onda más pequeñas", apuntó la investigadora. "Las aplicaciones más emocionantes serán cuando alcancemos el espectro de las frecuencias de la luz visible." ¿Así que algún día será posible que la policía pueda ocultar todo un equipo SWAT o el Ejército pueda hacer lo mismo con un tanque? "Es posible en principio, pero no en este momento", dijo Semouchkina.