Paradoja Física: Agujeros que bloquean la luz

Karen Fox
Science Now
Traducción de Ciencia Kanija
13/11/08

Una imagen de microscopio electrónico de barrido de la película de oro, la cual no deja pasar mucha luz a través de sus agujeros. Crédito: J. Braun et al.

La forma en que se mueve la luz, con su velocidad fija y su capacidad para actuar como onda o partícula, a menudo lleva a unas de las paradojas más curiosas de la física. Se ha encontrado una nueva: Haz agujeros en una película de oro tan fina que sea casi semitransparente, y pasará menos luz a través de ella.

Debido a su naturaleza ondulatoria, la luz normalmente no puede atravesar un agujero cuya anchura es menor que la longitud de onda. En 1998, no obstante, los investigadores descubrieron que la luz podía pasar a través de ciertos patrones de agujeros en finas plascas de metal. Los físicos imaginaron que la luz creaba ondas en los electrones del metal – llamados plasmones – que se mueven a través de la superficie del material de la misma forma que se mueven las olas en el agua. Los plasmones, que tienen longitudes de onda mucho más cortas que la de la luz, se acoplan entre sí a través de los diminutos agujeros que arrastran la luz. Una posible aplicación es usar los plasmones para construir curcuitos integrados ópticos que serían tan rápidos como la fibra óptica pero menos voluminosos.

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Encaminados hacia este fin, investigadores de la Universidad de Stuttgart en Alemania colocaron películas muy finas de oro sobre piezas de vidrio y usaron entonces rayos de iones para agujerear la película con huecos ordenados en una formación cuadrada regular. Estos agujeros eran menores que la longitud de onda de la luz y, a pesar de ser tan diminutos, son justo el tipo de aperturas que se ha demostrado que permiten el paso de la luz a través de la película más gruesa y opaca usada en el experimento de 1998. Pero en el nuevo experimento, la película de oro era tan fina – sólo 20 nanómetros – que la luz ya podía pasar a través de la misma. Y sorprendentemente, pasaba menos luz a través del oro agujereado que en la película original semitransparente.

¿Por qué? Los investigadores culpan a la naturaleza semitransparente de la película de oro, la cual permite que el 40% de la luz fluya directamente a través de la misma, evitando que se detenga en la superficie para ayudar a formar plasmones. Los plasmones se forman por el empuje de energía que logran de la luz incidente, combinado con cómo las ondas de electrones de los plasmones se desplazan sobre la geometría de los agujeros, por lo que la luz tiene que se ajustada a la geometría específica para maximizar los plasmones. En este caso, que deja fuera el 60% de la luz simplemente no se combina con la geometría para crear plasmones que pueden pasar a través de los agujeros de oro, según informa el equipo esta semana en Physical Review Letters.

El físico Martin P. van Exter de la Universidad Leiden en los Países Bajos dice que la interferencia entre la geometría de agujeros y la transmisión de luz es la esperada, por lo que los resultados no deberían ser una gran sorpresa. No obstante, también señala que el oro posiblemente absorbe luz de una forma peculiar – es más, esto podría ser lo que lleva a su color dorado en lugar de el plateado más típico de la mayoría de metales – y es posible que esto contribuya a los resultados.

El miembro del equipo Bruno Gompf dice que el siguiente paso es ver si otros patrones de agujeros – hexagonal, rectangular, aperiódico – muestran el mismo efecto. Tal vez un patrón particular podría servir como filtro para bloquear ciertas longitudes de onda en futuros chips integrados plasmónicos, comenta.