sábado, 14 de noviembre de 2009

De cómo hacer agujeros en una lámina puede conseguir que pase menos luz.


Imagina que tenemos una película de oro tan delgada que es semitransparente. Imagina ahora que le hacemos unos agujeritos. ¿Pasará más luz o menos? Intuitivamente, nuestra respuesta es que más, pero el resultado experimental es que pasa ¡menos! Esto es lo que ha encontrado un equipo de la Universidad de Stuttgart (Alemania) encabezado por Julia Braun. Informa de ello en Physical Review Letters.

Dada su naturaleza ondulatoria, la luz en general no se puede abrir camino a través de un agujero cuyo diámetro sea menor que la longitud de onda de la luz. Sin embargo, en 1998 se descubrió que la luz podía colarse a través de ciertas pautas de agujeros hechos en placas finas de metal. Se supuso que la luz creaba ondas en los electrones del metal (llamadas plasmones) que se mueven a lo largo de la superficie del material de forma parecida a como se mueven las ondas en el agua. Los plasmones, que tienen longitudes de onda mucho más cortas que la luz, se acoplan unos con otros a través de los pequeños agujeros y se llevan con ellos la luz. Una de las posibles aplicaciones de este fenómeno es la fabricación de circuitos integrados basados en la luz que tengan la velocidad de la fibra óptica pero siendo menos voluminosos.

Con este objetivo en mente, Braun et ál. colocaron panes de oro muy finos sobre piezas de cristal y usaron haces iónicos para perforar agujeros dispuestos regularmente en forma de cuadrado [véase la imagen, gentileza de los autores]. Estos agujeros eran más pequeños que la longitud de onda de la luz y, a pesar de ser tan pequeños, eran exactamente el tipo de aperturas que se había demostrado que dejaban pasar la luz en la lámina opaca y más gruesa del experimento de 1998. Pero en el nuevo experimento, la lámina de oro era tan delgada, sólo 20 nanómetros, que la luz podía atravesarla parcialmente. Y sorprendentemente, una vez hechos los agujeros pasaba menos luz que antes de hacer los agujeros en la lámina semitransparente.

¿Por qué? Los investigadores lo achacan a la naturaleza semitransparente de la lámina de oro, que permite que el 40 por ciento de la luz fluya directamente a su través, evitando que se pare en la superficie para ayudar en la formación de los plasmones. Los plasmones se forman por la inyección de energía que reciben de la luz incidente, combinada con cómo las ondas electrónicas de los plasmones interactúan con la geometría de los agujeros, por lo que la luz necesita ajustarse a este geometría para maximizar los plasmones. En este caso el 60 por ciento de la luz simplemente no "combina" con la geometría para crear plasmones que puedan atravesar los agujeros.

El siguiente paso de los investigadores es ver si otras geometrías (hexagonal, rectangular, aperiódica) muestran el mismo efecto. Quizás una forma particular podría servir de filtro para bloquear ciertas longitudes de onda en esos circuitos plasmónicos integrados.

Referencia:

Braun, J., Gompf, B., Kobiela, G., & Dressel, M. (2009). How Holes Can Obscure the View: Suppressed Transmission through an Ultrathin Metal Film by a Subwavelength Hole Array Physical Review Letters, 103 (20) DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.203901