Por David Canteli

  En el año 1968, el físico ruso V. Veselago publicó un estudio en el que especulaba con la existencia de un material con [1] índice de refracción negativo. Según ese estudio, el comportamiento que tendría la radiación en ese material sería totalmente distinto al de los materiales con índice de refracción positivo, y sus posibles aplicaciones tendrían resultados asombrosos: teóricamente, este material permitiría crear "[2] superlentes" que podrían tomar imágenes con detalles más finos que la longitud de onda utilizada (al contrario de lo que sucede con los materiales convencionales), haría posible el desarrollo de la fotolitografía nanométrica, o permitiría incrementar de forma sensible la capacidad de almacenamiento de datos.

  Pero la existencia de ese tipo de materiales era sólo una hipótesis teórica, pues hasta ese momento todos los materiales conocidos presentaban un índice de refracción positivo.

  En los últimos años se ha conseguido salvar ese inconveniente como si se tratase de un problema del lenguaje: ya que los materiales existentes no poseen las características deseadas, se puede ampliar la definición misma de "material", considerando no solamente aquellas sustancias homogéneas a las que estamos acostumbrados, sino que un material también puede estar formado por distintas partes diferentes que le den al conjunto unas propiedades particulares. A estos "nuevos materiales" se les llamo metamateriales.

  Una definición más seria es: "Se considera metamaterial a aquel material compuesto en el que se han introducido artificialmente inhomogeneidades periódicas de baja dimensionalidad, debido a las cuales presenta propiedades diferentes a las vistas hasta ahora en la naturaleza". O, por decirlo de otra manera, aquellos materiales cuyas propiedades dependen más de su estructura que de su composición. Aunque ésta resulte una definición muy amplia, la mayor parte de las investigaciones realizadas hasta ahora se han centrado en la creación y estudio de metamateriales con índice de refracción negativo, y su respuesta a los campos electromagnéticos.

  Pero, [3] ¿cómo actúan estos materiales?

  Cuando una onda electromagnética atraviesa un material, los electrones y átomos que lo componen experimentan unas fuerzas y se mueven en consonancia. Este movimiento afecta a la propagación y propiedades de la onda. Entonces, dependiendo de qué átomos formen el material y cuál sea su estructura, la propagación de ondas electromagnéticas en él tendrá unas características particulares. Pero no es necesario que las ondas interactúen con algo tan pequeño como los átomos, sino que se puede influir en su comportamiento mediante estructuras artificiales, con la condición de que el tamaño de esas estructuras sea mucho menor al de la longitud de onda de la radiación.

  Con esta idea se crearon los primeros metamateriales, compuestos por pequeñas barras metálicas y anillos abiertos (que darán, respectivamente, una [4] permitividad y permeabilidad negativas, las dos condiciones necesarias, según la demostración dada por Veselago, para que el índice de refracción sea negativo) Experimentalmente se comprobó que ese material tenía índice negativo.

  Otros tipos de metamateriales creados poseen birrefringencia gigante, o son [5] capaces de ocultar un objeto cubierto por una capa del metamaterial, haciendo que las ondas electromagnéticas se reflejen de la forma en que lo harían si el objeto no estuviera debajo.

  Como es fundamental que los elementos que forman el metamaterial sean mucho menores a la longitud de onda incidente, los primeros intentos se realizaron trabajando con longitudes de onda grandes, pues el dispositivo resulta más sencillo de producir. Uno de los objetivos actuales de estudio es conseguir metamateriales que trabajen con longitudes de onda en el espectro visible (400-700 nm) o menores, lo que implica, entre otros problemas, reducir a escala nanométrica los elementos que los forman. Así, la necesidad de que las dimensiones de las partes que forman el metamaterial sean menores a la longitud de onda de la radiación que se quiere utilizar hace que el proceso de fabricación deba ser controlado a muy pequeña escala.

  En conclusión, el estudio y diseño de metamateriales se ha ido desarrollando a lo largo de los últimos años y resulta ser un campo de investigación emergente con aplicaciones tecnológicas muy interesantes en áreas tan diversas como la óptica, las telecomunicaciones o la microelectrónica. Al estar compuestos de estructuras micro y nanoscópicas, el desarrollo de estos nuevos materiales está intimamente asociado a las técnicas de procesamiento nanotecnológicas y al progreso en las mismas.

Otros enlaces de interés:

[6] http://www.rtve.es/files/70-3081-FICHERO/Nanofotonica_Javier_Garcia_de_Abajo_2.pdf