¿Sabes qué son los metamateriales y cómo se desarrollan?

Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han ideado un método revolucionario para llevar a cabo pruebas rápidas de metamateriales mediante la aplicación de pulsos láser ultrarrápidos.

Técnica LIRAS

Esta novedosa técnica, denominada espectroscopía acústica resonante inducida por láser (LIRAS), tiene el potencial de agilizar de manera significativa la integración de los metamateriales en aplicaciones prácticas del mundo real.

Este avance prometedor podría abrir nuevas puertas para aprovechar al máximo las propiedades únicas de los metamateriales en diversos campos tecnológicos.

¿Qué son los metamateriales?

Los metamateriales son productos elaborados a partir de materiales comunes como polímeros, cerámicas y metales. Al combinarlos en proporciones adecuadas y construirlos con precisión a microescalas, estos materiales pueden adquirir propiedades extraordinarias.

A continuación, se presentan algunos ejemplos destacados de metamateriales y sus propiedades únicas.

Metamateriales de Índice Negativo

Estos metamateriales poseen un índice de refracción negativo, lo que implica que tienen la capacidad de doblar y refractar la luz en dirección opuesta a los materiales convencionales.

Esta particularidad abre la puerta a posibles aplicaciones en la fabricación de lentes altamente resolutivas, conocidas como “lentes perfectas”, las cuales teóricamente podrían enfocar la luz con una mayor precisión que los límites impuestos por la física convencional.

Metamateriales Acústicos

Concebidos para manipular, dirigir y controlar las ondas sonoras, estos metamateriales se emplean para crear “capas de invisibilidad acústica”, logrando que los objetos sean prácticamente indetectables para ciertas frecuencias sonoras. Además, encuentran aplicación en el aislamiento de sonido y en la optimización de la acústica en entornos como salas.

Capas de Invisibilidad

Estos materiales tienen la capacidad teórica de desviar la luz alrededor de un objeto, otorgándole una apariencia de invisibilidad. Su funcionamiento radica en la modificación de la trayectoria de la luz (o de otras formas de radiación electromagnética) de manera que circule alrededor del objeto en lugar de interactuar directamente con él.

Metamateriales Sísmicos

Diseñados con el propósito de resguardar estructuras contra los efectos de los terremotos, estos metamateriales tienen la capacidad de redirigir las ondas sísmicas alrededor de edificaciones o infraestructuras críticas, minimizando así el impacto y los daños ocasionados por los movimientos telúricos.

Metamateriales con Mejora en la Superconductividad

Algunos metamateriales han sido diseñados con el propósito de potenciar las propiedades de superconductividad, lo cual podría resultar fundamental para el avance de tecnologías altamente eficientes en energía y magnetismo, como trenes de levitación magnética o cables de transmisión de energía sin pérdidas.

Metamateriales para la Gestión de Radiación Térmica

Estos materiales han sido concebidos para regular la emisión de radiación infrarroja, brindando utilidad en aplicaciones como camuflaje térmico y sistemas de gestión térmica para dispositivos electrónicos.

Metamateriales Fotónicos

Destinados a controlar y manipular la luz a una escala nanométrica, estos metamateriales se emplean en la creación de circuitos fotónicos para sistemas de comunicación más rápidos y eficientes, así como en el desarrollo de nuevos tipos de láseres.

Aunque las simulaciones computarizadas avanzadas pueden anticipar cómo las combinaciones de microestructuras pueden dar lugar a diversas propiedades en metamateriales, las pruebas físicas son esenciales para validar estas predicciones.

Las pruebas convencionales, como la nanoindentación, presentan el riesgo de dañar las microestructuras durante el proceso, lo que las invalida como método de validación.

Actividades en Desarrollo en el MIT

Carlos Portela, profesor de Ingeniería Mecánica en el MIT, lidera un equipo que ha optado por la ultrasonografía láser como método para evaluar los metamateriales. Esta técnica emplea pulsos láser breves sintonizados a frecuencias ultrasónicas para explorar objetos como películas delgadas de oro sin necesidad de contacto físico.

Los investigadores han aplicado pulsos láser para inducir vibraciones en los metamateriales, utilizando un láser para estimular el material y otro para medir las vibraciones resultantes.

Para poner a prueba su sistema, el equipo ha fabricado cientos de minúsculas torres en un chip del tamaño de una uña. Las vibraciones registradas en esta disposición han contribuido a determinar propiedades como la rigidez frente a impactos.

Además, el sistema se ha empleado para examinar las torres en busca de posibles defectos, comparando las características vibratorias de torres impresas sin defectos con aquellas que presentan imperfecciones.

El método creado por el equipo del MIT marca un progreso sustancial en la evaluación y análisis de metamateriales. Esta técnica no solo garantiza la seguridad de las microestructuras, sino que también es reproducible en diversos laboratorios de investigación, simplificando así el proceso de descubrimiento e implementación de metamateriales en aplicaciones prácticas.