lunes, 11 de diciembre de 2017
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Luz y materiales, una relación complicada

El grupo que dirige Ricardo Depine en el Departamento de Física de Exactas UBA estudia de qué manera reacciona la luz al interactuar con diversos materiales y, en un camino inverso, de qué manera los materiales novedosos permiten conducir e incluso manipular la radiación electromagnética y manejar su comportamiento.

Por Patricia Olivella

 

(Nexciencia)Desde el teléfono celular hasta la computadora, todas las transmisiones de datos se basan en comunicaciones ópticas: en algún punto de la transmisión siempre hay fibra óptica. Por eso, para transmitir datos más rápidamente necesitamos materiales ópticos más versátiles que los provistos por la naturaleza. Uno de los materiales ópticos más novedosos es el grafeno. Como está compuesto por una lámina de carbono de un solo átomo de espesor, el grafeno es el primer material realmente bidimensional, una característica que le otorga propiedades físicas extraordinarias.

FiguraDepine_NEjemplos de una partìcula de vidrio recubierta con grafeno en la que se identifican las corrientes eléctricas expresadas con distintos colores, según la frecuencia de onda y su distribución superficial. Imagen: Ricardo Depine.

Dicen los científicos que tiene la pureza del diamante y la flexibilidad del grafito; a poco de iniciado el siglo veintiuno, los físicos rusos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov lo aislaron, caracterizaron y describieron sus notables propiedades eléctricas. Esto les valió ser galardonados con el Premio Nobel de Física en 2010, en tiempo récord (ya que se les entregó el premio solamente cinco años después del descubrimiento).

En el Grupo de Electromagnetismo Aplicado (GEA) que dirige el doctor Ricardo Depine en el Departamento de Física estudian, justamente, la interacción entre la radiación electromagnética y los nuevos medios bidimensionales como el grafeno.

“Nos interesa, fundamentalmente, estudiar la propagación, la interacción con la materia, los efectos en superficies y volúmenes limitados de la radiación electromagnética y los llamados nuevos materiales fotónicos”, dice Depine.

Uno de los problemas típicos que aborda el grupo es, en palabras de su director, “entender qué pasa cuando incide radiación bien definida sobre superficies y medios de varias características importantes que deben ser tenidas en cuenta simultáneamente, tales como la escala, la forma, el material, la composición y otras. Tener bien entendido este problema resulta importante para luego resolver el problema inverso, es decir, poder inferir características de las superficies o de los medios a partir del comportamiento de la radiación, lo cual resulta fundamental en las aplicaciones de caracterización no destructiva”, explica.

Cuando un haz de luz impacta, por ejemplo, sobre la superficie del agua de un estanque, parte del haz rebota y otra parte avanza por debajo del agua en una dirección levemente diferente de la original. Sin embargo, en superficies rugosas o volúmenes no homogéneos, el fenómeno es mucho más complejo y aparecen fenómenos tales como la difracción, la difusión y el scattering, que es un tipo de reflexión particular, en el que los fotones chocan contra pequeñas partículas.

GrupoDepine_N2-300x200(De izq. a der.) Marina Inchaussandague, Diana Skigin y Ricardo Depine.

“El GEA estudia, en general, materiales con respuestas complejas, como por ejemplo la cubierta terrestre con la que interactúa la radiación de microondas emitida por un satélite de teledetección”, explica el científico. “También estudia los materiales quirales, que son aquellos que no pueden superponerse con su imagen especular y que son de gran importancia en sistemas orgánicos; los materiales como la mica, el cuarzo y la calcita, que tienen notorias aplicaciones en fibras ópticas y pantallas de cristal líquido, y los materiales microestructurados, que pueden ser medios complejos -tanto artificiales como naturales- tales como los llamados cristales fotónicos, los metamateriales y los materiales bidimensionales como el grafeno”, amplía.

Los cristales fotónicos bidimensionales, por ejemplo, se emplean en instrumentos de altísima precisión, filtros especiales, y para dispersión y confinamiento de luz. “Una propiedad importante de estos cristales son las llamadas bandas prohibidas, es decir rangos de frecuencia donde la radiación no se propaga en el material. Esta característica hace que se lo pueda usar como una pared óptica para confinar la radiación”, comenta Depine. Otra virtud de los cristales fotónicos, es que permiten la construcción de nuevas fibras ópticas hechas con este tipo de componentes.

“En la naturaleza, muchos efectos de color se originan en cristales fotónicos naturales sin que medie pigmentación alguna”, dice el investigador. “Tal es el caso de las alas de las mariposas o el ópalo iridiscente. En ellos, la interferencia y la difracción son los responsables de los colores o de la ausencia de ellos”, agrega.

Por su parte, los metamateriales son medios que permiten disponer de fenómenos controlados nunca antes vistos en la naturaleza, tales como la llamada refracción negativa, donde la radiación que se refracta lo hace en una dirección, en algún sentido, “anormal”. Entre las ventajas de esta novedosa propiedad está la posibilidad de fabricar mantos de invisibilidad y lentes planas que consiguen el mismo efecto que las curvas, pero ganando simplicidad en su construcción y manejo, o superan el límite de resolución de las lentes convencionales. “El comportamiento de la luz que atraviesa un metamaterial depende de la forma y la distribución en la se encuentran los materiales que lo componen. Por eso, manipulando esa forma y distribución se consigue modificar el recorrido de la luz y manejar a voluntad su comportamiento”, explica el investigador.

En todas sus líneas de investigación, el Grupo de Electromagnetismo Aplicado mantiene colaboraciones con numerosos institutos y centros del país y del exterior.

 

Grupo de Electromagnetismo Aplicado

(Departamento de Física)
Pabellón 1, 2do. piso, teléfono 4576-3390, interno 812.
http://www.gea.df.uba.ar/gea/index.html
Dirección: Dr. Ricardo Depine – http://users.df.uba.ar/rdep/
Integrantes: Dra. Marina Inchaussandague, Dra.Diana Skigin, Dr. Andrés Dolinko
Tesistas de doctorado: Mariana Zeller, Máximo Riso
Tesistas de grado: Christian D’Ambrosio, Juan Herrera, Marcelo Gingins

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