Las metasuperficies revolucionarias ahora manipulan la luz dos veces

Materiales avanzados

Equipo Editorial del Sitio Web de Innovación Tecnológica - 28/04/2025

Imagen de microscopio electrónico de barrido de una metasuperficie bicapa de dióxido de titanio. [Imagen: Grupo Capasso/Harvard SEAS]

El doble de mejor

Hace casi una década, un equipo de la Universidad de Harvard en EE.UU. presentó la primera metasuperficie que trabaja en el espectro visible, creando una alternativa potente y muy ventajosa a los componentes ópticos tradicionales, permitiendo aplicaciones compactas, ligeras y multifuncionales que van desde sistemas de imagen, cámaras y realidad aumentada hasta espectroscopia y comunicaciones.

Las metasuperficies son estructuras ultrafinas y planas formadas por estructuras a escala nanométrica conocidas como nanoantenas que controlan con precisión el comportamiento de la luz de una manera que ningún material natural puede hacerlo.

Durante siglos, los sistemas ópticos se han basado en espejos voluminosos y curvos y lentes hechos de vidrio o plástico para doblar y enfocar la luz. Las metasuperficies representan una revolución en este área, realizando el mismo trabajo con estructuras planas y ultradelgadas formadas por millones de sus diminutas antenas, que pueden manipular la luz con precisión nanométrica.

El fruto más conocido de esta tecnología es la miniaturización de las tecnologías fotónicas , en metalentes , o lentes planas : fabricadas mediante tecnología de semiconductores, ya se están integrando en dispositivos como teléfonos móviles, cámaras y pantallas de realidad aumentada -solo el equipo de Harvard ya ha desarrollado un endoscopio, un ojo artificial y una lente de telescopio-.

Ahora, el mismo equipo ha ideado un desarrollo radicalmente nuevo: literalmente han redoblado la apuesta por la tecnología, creando una metasuperficie bicapa hecha no de una, sino de dos capas apiladas, cada una formada por nanoantenas con diseños diferentes que pueden manipular los rayos de luz a su manera única.

"Esto es una proeza del más alto nivel de la nanotecnología", afirmó el profesor Federico Capasso. Esto abre una nueva forma de estructurar la luz, donde podemos diseñar todos sus aspectos, como la longitud de onda, la fase y la polarización, de una forma sin precedentes. Esto supone un nuevo camino para las metasuperficies que, hasta ahora, apenas han estado arañando la superficie.

Estructura de las nanoantenas -o metaátomos- que forman la metasuperficie bicapa. [Imagen: Ahmed H. Dorrah et al. - 10.1038/s41467-025-58205-7]

Nanoantenas duales

Con todas las ventajas de las metasuperficies, los investigadores pronto se dieron cuenta de que podían ser mejores. Por ejemplo, las metasuperficies fabricadas hasta ahora han tenido limitaciones en la manipulación de la polarización de la luz, la orientación de las ondas de luz. Para dominar aún más esta propiedad se requieren metasuperficies multifuncionales.

"Mucha gente ha investigado la posibilidad teórica de una metasuperficie bicapa, pero el verdadero cuello de botella ha sido la fabricación", dijo el investigador Alfonso Palmieri.

El equipo tuvo que llevar al Laboratorio de Sistemas a Nanoescala de Harvard hasta sus límites para desarrollar un proceso de fabricación que les permitiera construir estructuras autónomas pero interconectadas, esencialmente dos metasuperficies que se mantienen firmemente unidas pero no se afectan químicamente entre sí.

Para demostrar el poder de su dispositivo, el equipo creó un experimento en el que utilizaron sus metalentes bicapa para manipular la luz polarizada de la misma manera que un complicado sistema de placas de ondas y espejos, un aparato que requiere una mesa de aislamiento de vibraciones, una mesa de granito que pesa toneladas.

Pero dos capas pueden no ser suficientes para todo, por lo que el equipo planea expandir su técnica para hacer aún más capas, lo que les permitirá ejercer control sobre otros aspectos de la luz, como la operación de banda ancha extrema en el espectro visible y cercano al infrarrojo, abriendo la puerta a una funcionalidad aún más sofisticada.

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