Nanofotónica

El investigador Blasco, en la tesis doctoral publicada el año 2009 con el título “Desarrollo de aplicaciones basadas en la guía nanofotónica de silicio tipo ranura”, menciona que la tecnología fotónica está en la actualidad bastante extendida en diversas áreas científicas. Destaca su aplicación en las redes ópticas de comunicaciones en cuyo desarrollo la fibra óptica adquiere un papel relevante como canal de comunicación entre nodos lejanos, descrito en el artículo de Masini y sus colegas, escrito el año 2002 con el título “Optoelectrónica basada en SI para comunicaciones”. Es este campo, el de las comunicaciones ópticas, es uno de los principales impulsores del desarrollo de la tecnología fotónica. Sin embargo, en este desarrollo han ido apareciendo nuevas aplicaciones tan diversas como el procesado fotónico o los sensores ópticos. Boagerts, en el artículo publicado el año 2003 con el título “Guías de onda nanofotónicas y cristales fotónicos en silicio sobre aislante”, menciona que dichas aplicaciones requieren nuevas tendencias dentro de la tecnología fotónica, así como mayores niveles de integración dando lugar a la aparición de la nanofotónica. Según Prasad, en el libro publicado el año 2004 con el título “Nanofotónica”, la nanofotónica, definida como la fusión de la nanofabricación y la fotónica, se presenta como una nueva frontera de la investigación y trae consigo una gran cantidad de oportunidades para el desarrollo de nuevas tecnologías. Se trata de un campo multidisciplinar que requiere aportaciones de diversas áreas científicas, tanto para el diseño de los dispositivos, tales como sensores, conmutadores o filtros, como para su fabricación, donde existen diversas tendencias como la tecnología de silicio en oxido.

García de Abajo, en el artículo escrito el año 2009 con el título “Nanofotónica: Control de la luz a escalas nanométricas”, menciona que los campos electromagnéticos, y en concreto la luz, forman parte privilegiada de esta joven disciplina al ser portadores de información e instrumentos de medida y control. La nanofotónica se encarga del estudio de la luz a escala nanométrica y beneficia a la biología, la química y la ingeniería a través de esquemas novedosos de microscopía, de modificación externa de reacciones y de dispositivos integrados para conmutación óptica. Y como las demás disciplinas de lo nano, la nanofotónica se enfrenta al reto de lidiar con las reglas de juego del mundo de lo pequeño, donde la física cuántica es dueña y señora, y los conceptos deterministas pierden su utilidad. Sin embargo, estas nuevas reglas producen fenómenos sin parangón en el mundo macroscópico y se convierten por ello en una ventaja para el nanotecnólogo. Mientras los biólogos moleculares se esfuerzan en entender los detalles de la auto-replicación celular, físicos e ingenieros descubren recetas para lograr auto-ensamblado de entes nanoscópicos inertes: Ópalos, auto-organización de moléculas complejas, etc.; en su afán por emular los procesos naturales de la vida, en un enfoque de arriba hacia abajo, y con fe en encontrar propiedades emergentes desconocidas. Otras estrategias se decantan por construir castillos microscópicos de ladrillos moleculares, enfoque de abajo hacia arriba, controlados con precisión por herramientas como las pinzas ópticas. Todo ello en estrictas condiciones de laboratorio, ultra alto vacío y pureza química. Resulta sorprendente comprobar cómo la naturaleza que se pretende imitar es aún capaz de sintetizar las mejores estructuras fotónicas conocidas, y lo hace en medios turbios, en un charco.

La tesis de maestría de Septién, publicada el año 2011 con el título “Invisibilidad óptica”, menciona que algunos de los avances más significativos de la nanofotónica se han centrado en los metamateriales, cuyas propiedades ópticas superan y complementan a las de los materiales que se encuentran en la naturaleza o las de los sintetizados con técnicas químicas y físicas convencionales. Los metamateriales se construyen de forma artificial a partir de componentes microscópicas, organizadas en general en disposiciones periódicas, y presentan respuesta óptica asimilable a la de medios continuos sin estructura, cuyo manejo resulta sencillo al venir descritos por constantes efectivas. El índice de refracción, definido por el cambio angular en la dirección de propagación de la luz al atravesar una superficie, es una de esas constantes sobre las cuales se han producido importantes avances, como la demostración experimental de medios de índice negativo en los que la dirección de difracción es contraria a la intuición. El profesor Sir John B. Pendry, del Imperial College de Londres, fue pionero en el diseño de este tipo de materiales y mostró en el año 2000, en el artículo titulado “La refracción negativa hace una lente perfecta”, cómo podrían ser utilizados para fabricar lentes perfectas, capaces de formar imágenes con precisión superior a la impuesta por el límite de difracción, que impide resolver detalles inferiores a media longitud de onda, una fracción de la micra para luz visible. En realidad, se han construido lentes perfectas tan sólo para microondas, pero su concepción ha supuesto una fuente de inspiración para muchos grupos de investigación en busca de fenómenos ópticos extraordinarios. Entre ellos destacan los materiales invisibles, indistinguibles del aire porque tienen su mismo índice de refracción. Otra estrategia para lograr invisibilidad, demostrada por el mismo profesor Pendry y su colaborador Smith durante el año 2006, en el artículo titulado “Superlentes”, consiste en rodear el objeto que se quiere hacer desaparecer de una coraza para desviar las ondas electromagnéticas de forma adecuada, como los escudos de las naves de los romulans en Star Trek. De nuevo, estos materiales han sido confeccionados tan sólo para microondas, aunque su extensión a frecuencias altas, por ejemplo el infrarrojo cercano, es una cuestión más técnica que conceptual. Recientemente se ha logrado un alto grado de invisibilidad en metales, opacos en general, pero que se tornan transparentes al ser perforados por redes periódicas de agujeros.