Diseñando los futuros materiales invisibles omnidireccionales

Investigadores del Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) de la Universitat Politècnica de València (UPV) han dado un nuevo paso para el diseño de materiales invisibles omnidireccionales. Desde sus laboratorios, han descubierto una nueva simetría fundamental en las leyes del electromagnetismo, la acústica y la elasticidad: una supersimetría temporal, según ha publicado en la revista Nature Communications.

Carlos García Meca y Andrés Macho Ortiz, investigadores del NTC-UPV, explican que esta nueva simetría permite la conservación del momento lineal entre sistemas físicos radicalmente diferentes, lo que “abre el camino a poder diseñar dispositivos ópticos, acústicos y elásticos pioneros hasta la fecha”, entre ellos, materiales invisibles omnidireccionales e independientes de la polarización, desplazadores de fase y de frecuencia ultracompactos y de banda ancha, aisladores y transformadores de pulsos.

“Se trata de dispositivos que nos permiten modificar de forma inusual diferentes propiedades de las señales de luz en el interior de los circuitos fotónicos para procesar la información propagada, algo básico en cualquier sistema de comunicaciones. Además, podemos adaptar la funcionalidad de dichos dispositivos a la requerida en cada momento, ya que éstos son reconfigurables dinámicamente”, detalla García Meca.

Para el diseño de estos nuevos dispositivos, la clave reside en el cambio del índice de refracción, que en este caso no se genera en el espacio, sino en el tiempo. “La técnica de supersimetría nos dice cómo hay que variar el índice de refracción del objeto para que la luz se transmita completamente, evitando así reflexiones indeseadas”, apunta Macho Ortiz.

Esta propiedad de no reflexión es especialmente útil para el diseño de nuevos circuitos fotónicos. “Su aplicación nos permite aumentar la rapidez de las comunicaciones en su interior y hacerlos mucho más compactos y reconfigurables sin que la señal que transporta los bits de información se refleje hacia atrás”, subrayan los dos investigadores.

En general, la reflexión en materiales cuyas propiedades varían en el tiempo no depende de la dirección de propagación de la luz. Por lo tanto, “la ausencia de reflexión en los materiales propuestos está ligada a una transparencia total, lo que da lugar al concepto de invisibilidad omnidireccional: sea cual sea la dirección en la que la luz incida en dichos materiales, la presencia de estos es indetectable”, concluyen los autores.

La importancia de las simetrías en la física

El descubrimiento de simetrías en la naturaleza es una piedra angular de la física que nos permite encontrar las leyes de conservación que gobiernan el universo. Por ejemplo, la conservación de la carga eléctrica, de la energía o de la masa (que surge de simetrías en las leyes física que gobiernan el electromagnetismo, la termodinámica y la química) ha permitido al ser humano la capacidad de desarrollar la tecnología actual (circuitos, centrales nucleares, fármacos...).

Excepcionalmente, la supersimetría fue originalmente concebida en física cuántica como una simetría hipotética entre las partículas que podría explicar todas las interacciones de la naturaleza: fuerzas nucleares, gravedad y electromagnetismo.