Una forma práctica de hacer capas de invisibilidad

Un nuevo método de impresión hace posible producir grandes hojas de metamateriales, una nueva clase de materiales diseñados para interactuar con la luz de formas que ningún material natural puede hacer. Durante varios años, los investigadores que trabajan en estos materiales han prometido capas de invisibilidad, superlentes de ultra alta resolución y otros dispositivos ópticos exóticos directamente de las páginas de la ciencia ficción. Pero los materiales se limitaron a pequeñas demostraciones de laboratorio porque no había forma de producirlos en cantidades suficientemente grandes para demostrar un dispositivo práctico.

Deformación ligera: Esta es la hoja más grande jamás hecha de un metamaterial que puede doblar la luz del infrarrojo cercano hacia atrás.

Todo el mundo, quizás convenientemente, ha estado en la posición de no poder producir suficiente [metamaterial] para hacer algo con él, dice John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, quien desarrolló el nuevo método de impresión. Los metamateriales que interactúan con la luz visible no se habían fabricado anteriormente en piezas de más de cientos de micrómetros.



Los metamateriales están formados por capas con patrones intrincados, a menudo de metales. Los patrones deben estar en la misma escala que la longitud de onda de la luz con la que están diseñados para interactuar. En el caso de la luz visible y del infrarrojo cercano, esto significa características en la nanoescala. Los investigadores han estado fabricando estos materiales con métodos tan laboriosos como la litografía por haz de electrones.

Rogers ha desarrollado un método de impresión basado en sellos para generar grandes piezas de uno de los tipos de metamaterial más prometedores, que puede hacer que la luz del infrarrojo cercano se doble de forma incorrecta cuando pasa. Los materiales con este llamado índice de refracción negativo son particularmente prometedores para hacer superlentes, capas de invisibilidad de visión nocturna y guías de ondas sofisticadas para telecomunicaciones.

El grupo de Illinois comienza moldeando un sello de plástico duro cubierto con un patrón de rejilla en relieve. Luego, el sello se coloca en una cámara de evaporación y se recubre con una capa de sacrificio, seguido de capas alternas de los ingredientes del metamaterial, plata y fluoruro de magnesio, para formar una malla en capas en el sello. Luego, el sello se coloca sobre una hoja de vidrio o plástico flexible y la capa de sacrificio se graba, transfiriendo el metal estampado a la superficie. Hasta ahora, Rogers dice que ha hecho láminas de metamaterial de unas pocas pulgadas por lado, pero al usar más de un sello espera aumentar eso a pies cuadrados. Y, dice, los materiales estampados en realidad tienen mejores propiedades ópticas que los metamateriales fabricados con métodos tradicionales.

Malla ligera: El metamaterial de gran superficie está formado por una malla de metales en capas con un patrón a nanoescala.

Ahora podemos sacar gigantescas hojas de este material, dice Rogers. Se necesita hacer el molde para el sello, pero una vez que se ha creado ese molde, no toma mucho tiempo hacer muchos sellos reutilizables.

Xiang Zhang, presidente de ingeniería mecánica de la Universidad de California en Berkeley, dice que este trabajo representa un paso importante hacia las aplicaciones de metamateriales ópticos. Varios metamateriales podrían agrandarse con este método, dice Zhang, quien en 2008 creó el diseño que Rogers usó para esta primera demostración. Por ejemplo, pueden ser posibles lentes y capas 2D a macroescala, y posiblemente también concentradores solares. Una aplicación potencial son las lentes que integran múltiples funciones en un solo dispositivo, para telecomunicaciones e imágenes.

Esta técnica de impresión es bastante poderosa y tiene el potencial de escalar a áreas muy grandes, dice Nicolás Fang , profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. Fang dice que este tipo de metamaterial sería particularmente interesante para dispositivos de imágenes infrarrojas.

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