18 Julio 2020
POTENTE. El nuevo espejo no puede verse a simple vista, pero su reflejo sí. MAX PLANCK INSTITUTE OF QUANTUM OPTICS
Físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) han diseñado el espejo óptico más liviano que se pueda imaginar: una sola capa estructurada de unos pocos cientos de átomos idénticos.
Los átomos están dispuestos en la matriz bidimensional de una red óptica formada por rayos láser interferentes.
Los resultados de la investigación son las primeras observaciones experimentales de este tipo en un nuevo campo emergente de óptica cuántica, por debajo de la longitud de onda con átomos ordenados. Hasta ahora, el espejo es el único de su tipo. Los resultados se publicaron en Nature.
Nanómetros
Por lo general, los espejos utilizan superficies de metal altamente pulidas o vidrios ópticos con recubrimiento especial para mejorar el rendimiento en pesos más pequeños. Pero los físicos de MPQ ahora demostraron por primera vez que incluso una sola capa estructurada de unos pocos cientos de átomos ya podría formar un espejo óptico, convirtiéndolo en el más ligero imaginable.
El nuevo espejo tiene sólo varias decenas de nanómetros de espesor, que es mil veces más delgado que el ancho de un cabello humano. Sin embargo, el reflejo es tan fuerte que incluso podría percibirse con el ojo humano puro.
Matriz bidemensional
El espejo funciona con átomos idénticos dispuestos en una matriz bidimensional. Se ordenan en un patrón regular con un espacio inferior a la longitud de onda de transición óptica del átomo, características típicas y necesarias de los metamateriales.
Los metamateriales son estructuras diseñadas artificialmente con propiedades muy específicas que rara vez se encuentran naturalmente. Obtienen sus propiedades no de los materiales de los que están hechos, sino de las estructuras específicas con las que están diseñados.
Las características (el patrón regular y el espaciado de longitud de onda inferior) y su interacción son los dos trabajos cruciales detrás de este nuevo tipo de espejo óptico.
Cómo funciona
En primer lugar, el patrón regular y el espaciamiento de los átomos en la longitud de onda inferior suprimen una dispersión difusa de la luz, agrupando la reflexión en un haz de luz unidireccional y constante.
En segundo lugar, debido a la distancia relativamente cercana y discreta entre los átomos, un fotón entrante puede rebotar de un lado a otro entre los átomos más de una vez antes de que se refleje.
Ambos efectos, la dispersión suprimida de la luz y el rebote de los fotones, conducen a una respuesta cooperativa mejorada al campo externo, lo que significa en este caso una reflexión muy fuerte.
El espejo en sí es tan pequeño que está mucho más allá del reconocimiento visual. El aparato en el que se crea el dispositivo, sin embargo, es enorme. Totalmente al estilo con otros experimentos ópticos cuánticos, cuenta con más de mil componentes ópticos individuales y pesa alrededor de dos toneladas. Por lo tanto, el material novedoso difícilmente afectaría los espejos de productos básicos que las personas usan a diario. La influencia científica en el otro lado puede ser de gran alcance.
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