Abren el camino al diseño de materiales invisibles omnidireccionales

Investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC), han dado un nuevo paso para el diseño de materiales invisibles omnidireccionales. Desde sus laboratorios, han descubierto una nueva simetría fundamental en las leyes del electromagnetismo, la acústica y la elasticidad: una supersimetría temporal. Este hallazgo ha sido publicado en la revista Nature Communications.

Según explican Carlos García Meca y Andrés Macho Ortiz, investigadores del NTC-UPV, esta nueva simetría permite la conservación del momento lineal entre sistemas físicos radicalmente diferentes, lo que abre el camino a poder diseñar dispositivos ópticos, acústicos y elásticos pioneros hasta la fecha, entre ellos, materiales invisibles omnidireccionales e independientes de la polarización, desplazadores de fase y de frecuencia ultra-compactos y de banda ancha, aisladores y transformadores de pulsos.

“Se trata de dispositivos que nos permiten modificar de forma inusual diferentes propiedades de las señales de luz en el interior de los circuitos fotónicos para procesar la información propagada, algo básico en cualquier sistema de comunicaciones. Además, podemos adaptar la funcionalidad de dichos dispositivos a la requerida en cada momento, ya que éstos son reconfigurables dinámicamente”, explica Carlos García Meca.

Para el diseño de estos nuevos dispositivos, la clave reside en el cambio del índice de refracción, que en este caso no se genera en el espacio, sino en el tiempo. “La técnica de supersimetría nos dice cómo hay que variar el índice de refracción del objeto para que la luz se transmita completamente, evitando así reflexiones indeseadas”, apunta Andrés Macho Ortiz.

Esta propiedad de no reflexión es especialmente útil para el diseño de nuevos circuitos fotónicos. “Su aplicación nos permite aumentar la rapidez de las comunicaciones en su interior y hacerlos mucho más compactos y reconfigurables sin que la señal que transporta los bits de información se refleje hacia atrás”, explican Carlos y Andrés.

En general, la reflexión en materiales cuyas propiedades varían en el tiempo no depende de la dirección de propagación de la luz. Por lo tanto, “la ausencia de reflexión en los materiales propuestos está ligada a una transparencia total, lo que da lugar al concepto de invisibilidad omnidireccional: sea cual sea la dirección en la que la luz incida en dichos materiales, la presencia de estos es indetectable”, concluyen los autores.

Simetrías

El descubrimiento de simetrías en la naturaleza es una piedra angular de la física que nos permite encontrar las leyes de conservación que gobiernan el universo. Por ejemplo, la conservación de la carga eléctrica, de la energía o de la masa (que surge de simetrías en las leyes física que gobiernan el electromagnetismo, la termodinámica y la química) ha permitido al ser humano la capacidad de desarrollar la tecnología actual (circuitos, centrales nucleares, fármacos…).

Excepcionalmente, la supersimetría fue originalmente concebida en física cuántica como una simetría hipotética entre las partículas que podría explicar todas las interacciones de la naturaleza: fuerzas nucleares, gravedad y electromagnetismo.

Referencia bibliográfica

García-Meca, C., Ortiz, A.M. & Sáez, R.L. Supersymmetry in the time domain and its applications in optics. Nat Commun 11, 813 (2020).

Fuente: UPV







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