El material inspirado en las nubes puede desviar la luz en las esquinas

Los científicos han descubierto una técnica mediante la cual la luz se puede doblar en las esquinas, inspirada en la forma en que las nubes dispersan la luz del sol. Este tipo de curvatura de la luz podría conducir a avances en imágenes médicas, refrigeración de dispositivos electrónicos e incluso en el diseño de reactores nucleares.

Daniele Faccio en la Universidad de Glasgow, Reino Unido, y sus colegas dicen que están sorprendidos de que este tipo de dispersión de luz no se hubiera notado antes. Funciona sobre la misma base que nubesnieve y otros materiales blancos que absorben la luz: una vez que los fotones golpean la superficie de dicho material, se dispersan en todas direcciones, apenas penetran y se reflejan por donde vinieron. Por ejemplo, cuando la luz del sol incide en una nube cumulonimbus alta, rebota en la parte superior, haciendo que esta parte de la nube parezca de un blanco brillante. Pero llega tan poca luz al fondo de la nube que esta parte parece gris, a pesar de estar formada por las mismas gotas de agua.

“La luz rebota e intenta entrar, y rebota en todas las moléculas y defectos”, dice Faccio. “Y eventualmente lo que sucede es que simplemente se refleja porque no puede entrar. Esto es esta dispersión”.

Para replicar este proceso, el equipo impreso en 3D objetos de material blanco opaco dejando finos túneles de resina transparente en su interior. Cuando la luz se dirige hacia el material, viaja hacia estos túneles y se dispersa, al igual que la luz sobre la nieve o las nubes. Sin embargo, en lugar de dispersarse aleatoriamente en todas direcciones hasta que se dispersen uniformemente, el material opaco dirige los fotones para que regresen al túnel de resina. El equipo puso esto en práctica y creó una gama de objetos que dirigen la luz de forma organizada.

Estos objetos impresos en 3D son funcionalmente similares a cables de fibra opticaque dirigen la luz a lo largo de su longitud, pero operan según principios fundamentalmente diferentes. Los cables de fibra óptica dirigen la luz reflejándose infinitamente en su interior. Cuando los fotones intentan salir del núcleo interno de plástico o vidrio de un cable, chocan con otro material con un índice de refracción más bajo y se reflejan nuevamente hacia el interior. De esta manera, la luz puede viajar kilómetros seguidos, incluso en las curvas.

Los investigadores afirman que su material aumenta la transmisión de luz en más de dos órdenes de magnitud en comparación con los bloques macizos sin los mismos túneles claros, y también permite dirigirla en curvas. Es mucho menos eficiente que la fibra óptica y, por lo tanto, tendrá dificultades para alcanzar las grandes distancias que alcanza, pero también es muy simple y barata.

Este método de curvatura de la luz podría utilizar túneles existentes de material translúcido, como tendones y líquido en la columna vertebral, para proporcionar nuevas formas de realizar imágenes médicas. Faccio dice que exactamente el mismo principio también funciona para dirigir el calor y los neutrones y, por lo tanto, también podría encontrar uso en una variedad de aplicaciones de ingeniería, como sistemas de enfriamiento y reactores nucleares.

“No era obvio que esto funcionara en absoluto. Nos quedamos impactados”, afirma Faccio, que cree que el fenómeno podría haberse descubierto fácilmente hace décadas o incluso siglos. “No es que hayamos creado o encontrado una ecuación extraña y realmente específica con algunas propiedades extrañas”.