Imagina una jaula para pájaros. Dependiendo de la separación entre barrotes hay varias cosas que pueden atravesar sus paredes: desde el aire y al agua a cualquier otro objeto lo suficientemente pequeño. Si disminuimos la separación entre barrotes cada vez más, habrá más cosas que no podrán entrar. Incluso, en el límite, una cosa parece evidente: aunque los barrotes estén muy juntos, siempre y cuando haya una separación entre ellos por pequeña que sea y no formen una pared continua, la luz entrará en la jaula. Evidente, salvo si la jaula mide nanómetros, claro.

Una serie de nanobarrotes igualmente espaciados se comporta como una pared continua

Un grupo de investigadores encabezados por Ali Merzei, de la Universidad Nacional Australiana, acaba de presentar un trabajo según el cual una disposición de nanobarrotes espaciados regularmente, como los de una jaula, puede impedir que la luz penetre en el interior, o escape de, un polígono de la forma que se quiera formado por ellos. Es decir, una serie de barrotes igualmente espaciados se comporta como una pared continua. Para que funcione, la única precaución es tener en cuenta algunos trucos matemáticos en su construcción.

La clave está en diseñar la disposición de los nanobarrotes de tal manera que unas líneas matemáticas llamadas separatrices se solapen. Podemos entender intuitivamente la separatriz como una línea imaginaria alrededor del nanobarrote que es la frontera entre la región en la que la luz incidente va a llegar y ser absorbida por el nanobarrote y esa otra región en la que la luz pasa de largo. Si las separatrices se solapan, la transmisión de la luz a través del conjunto de nanobarrotes se ve impedida.

Podrían proteger a un microorganismo de la radiación

Este es el truco matemático. Para poder conseguir que las separatrices se solapen hay que recurrir a un truco físico. Para ello se construyen los nanobarrotes con materiales dieléctricos o semiconductores y haciendo que el espacio entre ellos sea comparable al radio de los nanobarrotes, pero más pequeño que la longitud de onda de la luz.

Los nanobarrotes dispuestos de esta manera, en lo que los autores llaman metajaulas ópticas, podrían emplearse para los llamados “lab on chip”,  dispositivos que integran una o varias funciones propias de un laboratorio en un único chip cuyas dimensiones van desde solo unos milímetros hasta unos pocos centímetros cuadrados, donde, por ejemplo, podrían proteger a un microorganismo de la radiación, manteniéndolo con vida y con la posibilidad de hacerle llegar líquidos y gases a través de  los espacios entre los nanobarrotes. Las metajaulas también podrían ser útiles para proteger componentes de circuitos optoeléctrónicos de luz no deseada.

Referencia: Merzei, A (2015) Optical Metacages Phys. Rev. Lett DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.215501

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.