Cambiar la forma de controlar e interactuar con la luz
La luz, tal como la conocemos, es estática, rígida y suele tener una función fija. Pero ¿y si no tuviera que ser así? Esta es la pregunta que busca resolver el equipo del proyecto financiado con fondos europeos METAmorphoses(se abrirá en una nueva ventana). Su brillante idea: desarrollar dispositivos ópticos dinámicos, ultrafinos y planos, capaces de adaptarse, responder y reconfigurarse al instante. «Esta idea supone un gran cambio conceptual, ya que elimina restricciones históricas sobre el control de la luz y abre la puerta a funcionalidades que antes no eran posibles», comenta Antonio Ambrosio(se abrirá en una nueva ventana), científico titular e investigador principal en el Instituto Italiano de Tecnología(se abrirá en una nueva ventana), institución de acogida del proyecto.
Diseño de nuevas metasuperficies
Para hacer realidad esta idea, el equipo del proyecto diseñó y fabricó metasuperficies a partir de materiales fotoactivos como los azopolímeros, cuya forma y estructura pueden reescribirse activamente con luz. «Mediante iluminación estructurada, logramos codificar funciones ópticas complejas en estas superficies, borrarlas y reprogramarlas, todo ello sin contacto físico», explica Ambrosio. Los investigadores también comprobaron, por primera vez, la posibilidad de exfoliar oxicloruro de molibdeno (MoOCl₂) en un material bidimensional. Además, se estudió su inusual anisotropía óptica, lo cual reveló su capacidad para aplicaciones de confinamiento extremo de luz y sensores de alta sensibilidad.
Una nueva clase de haces ópticos
En el proyecto, respaldado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana) (CEI), también se examinó cómo estas metasuperficies innovadoras podían modular de forma dinámica no solo la estructura espacial de la luz, sino también sus propiedades temporales. Esta línea de investigación dio lugar a la creación de una nueva clase de haces ópticos. «Esta clase de haces autotorsionados no se había demostrado antes y ofrece un grado de libertad completamente nuevo en la estructuración temporal de la luz, una capacidad que podría tener repercusiones de calado en la óptica ultrarrápida, las comunicaciones y la manipulación cuántica», agrega Ambrosio. Según el investigador, la combinación de innovación en materiales, diseño nanofotónico y óptica ultrarrápida permitió al equipo de METAmorphoses superar incluso sus expectativas iniciales. «Por ejemplo, la idea de la luz autotorsionada no formaba parte de la propuesta original», comenta Ambrosio. «Surgió de las preguntas fundamentales que nos planteábamos sobre cómo estructurar dinámicamente la luz y, al final, se convirtió en uno de los logros más destacados del proyecto».
Ampliación de los límites de las matemáticas
El proyecto METAmorphoses ha ampliado los límites de lo que hoy día es posible en el campo de la fotónica. Desde el punto de vista científico, ha resultado en la obtención de nuevos conocimientos y el desarrollo de herramientas que posibilitarán diseñar sistemas ópticos más ligeros, compactos y funcionalmente avanzados. En el plano social, sus metasuperficies inteligentes podrían mejorar la obtención de imágenes médicas, optimizar las comunicaciones ópticas, habilitar sensores inteligentes y revolucionar tecnologías de realidad aumentada. Además, al reducir el tamaño, el peso y el consumo energético de los sistemas ópticos, estas innovaciones contribuyen a prioridades de la Unión Europea en materia de sostenibilidad y eficiencia tecnológica. «Al ampliar el conjunto de herramientas de la fotónica y demostrar que las metasuperficies pueden convertirse en interfaces de luz adaptativas, dinámicas y multifuncionales, METAmorphoses marcará un antes y un después en el diseño de sistemas ópticos compactos, eficientes y sensibles», concluye Ambrosio. Gracias a dos subvenciones a la prueba de concepto del CEI(se abrirá en una nueva ventana) (ERC Proof of Concept grant), el equipo del proyecto trabaja ahora para integrar sus ideas y dispositivos en aplicaciones reales, como la obtención de imágenes, la detección y la comunicación en un chip. Una de ellas ya ha dado lugar a un prototipo funcional, cuya solicitud de patente se está evaluando.
