MÓNICA SALOMONE , Madrid
( 12-04-00)
La longitud de onda es la distancia entre las dos crestas de una onda,
y viene a ser el espacio que ocupan las partículas de luz, los fotones, de
una determinada energía. En los años cuarenta el prestigioso físico Hans
Bethe demostró que la luz no puede pasar por agujeros más pequeños que su
longitud de onda, que en el caso de la luz visible es de entre 0,4 y 0,8
milésimas de milímetro aproximadamente.
En Japón
Ebbesen, hoy profesor de la Universidad Louis Pasteur en Estrasburgo,
estaba en Japón cuando observó el fenómeno. Había encargado fabricar una
estructura minúscula: una delgada plaquita cuadrada de oro de un
centímetro de lado con 100.000 agujeros de 0,3 milésimas de milímetro de
diámetro, más finos que la longitud de onda de la luz visible. Cuando se
la entregaron vio cómo pasaba luz por los agujeros, y corrió a mostrarla a
los expertos en óptica. Ellos le dijeron que aquello era simplemente
imposible. Venía a ser como si a través de una puerta metálica cerrada
llena de minúsculos agujeros invisibles para el ojo humano la luz se
colara a sus anchas.
Esa incredulidad es la culpable de que el fenómeno no se publicara
oficialmente hasta hace dos años -en Nature-. La comunidad
científica aún no se ha recuperado del asombro. Mientras unos grupos
tratan de explicar teóricamente el fenómeno, otros muchos empiezan a dar
vueltas a las múltiples aplicaciones posibles: desde filtros ópticos a
nuevas técnicas para fabricar chips más pequeños. Por supuesto,
cualquier desarrollo tecnológico que resulte del hallazgo de Ebbesen,
cuidadosamente patentado, tendrá que pagar los correspondientes derechos a
su autor.
En el artículo de Nature se daba ya una primera explicación del
fenómeno. Junto con varios investigadores de la empresa NEC, Ebbesen
propuso que la clave estaba en cómo se disponen los electrones de la
superficie de un metal cuando les da la luz: se colocan en bandas
regulares, formando una especie de olas periódicas de carga
negativa y positiva. Estas olas, llamadas plasmones, logran apantallar el
campo eléctrico y evitar que entre en el metal -justo por eso los metales
son opacos-.
Ebbesen y sus colegas mostraron efectivamente que se formaban los
plasmones. Pero faltaba un cálculo teórico que explicara en profundidad lo
que pasaba. Y aquí entran los físicos españoles Francisco José García
Vidal, de la Universidad Autónoma de Madrid, y Juan Antonio Porto,
entonces en el Imperial College de Londres. Junto con el británico John
Pendry, también del Imperial College, los españoles desarrollaron un
modelo teórico simplificado del fenómeno que publicaron en Physical
Review Letters. Trabajaron con una dimensión en vez de con dos: una
superficie metálica infinita en la que se practican hendiduras minúsculas
en vez de agujeros. Y vieron cómo en el ordenador aparecían "cosas
curiosas", explica García-Vidal.
"Vimos que para ciertos valores de longitud de onda de la luz los
plasmones de la superficie se excitan, y como hay agujeros en el metal,
esos plasmones se conectan con los de la superficie inferior y hacen que
emitan luz. Es como si los plasmones de la superficie superior cogieran la
luz, la pasaran a los de la superficie inferior y éstos emitieran. No es
que la luz pase por el agujero, es el plasmón el que emite", dice
García-Vidal. En sus simulaciones se observa cómo la luz pasa a través de
una hendidura que es sólo el 7% de la longitud de onda de la propia luz.
Un requisito fundamental para que la gruesa luz pase por el ojo de
la aguja es que los agujeros o hendiduras estén a intervalos
regulares. De lo contrario el plasmón no se excita y no puede
comunicarse con el plasmón del otro lado. Es más, la luz que
atraviesa el metal es justo la que tiene una longitud de onda equivalente
a la distancia entre las hendiduras, lo que abre la puerta a aplicaciones
como filtros de luz.
¿Por qué no se había observado antes el fenómeno? "Es muy curioso, todo
el mundo piensa que los metales son opacos. Pero los metales tienen
propiedades que sólo se están descubriendo ahora porque la tecnología
actual permite estructurar la materia a escala de la longitud de onda de
la luz. Antes esto no se podía hacer", responde este investigador.
El
hombre lleva miles de años usando los metales, pero aún no ha descubierto
todos sus secretos. Un investigador se topó por casualidad con uno de
ellos hace una década: vio cómo un haz de luz lograba colarse por agujeros
diminutos en un metal, demasiado pequeños para la longitud de onda de la
luz, según la teoría. Era tan extraordinario, que sus colegas no le
creyeron, con lo que el fenómeno no se presentó a la comunidad científica
hasta hace dos años. Un grupo español ha conseguido ahora explicarlo, con
un modelo simplificado.
Thomas Ebbesen, el descubridor del fenómeno, describe así su
sorpresa en la revista La Recherche: "Si alguien dijera que puede
atravesar una puerta blindada ustedes no le creerían (...). Imaginen ahora
que esa persona agujerea esa puerta con multitud de pequeños agujeros, y
que así consigue atravesar la puerta. Ustedes no darían crédito a sus
propios ojos. Así fue mi estupefacción, y la incredulidad de mis colegas,
al ver que la luz atravesaba una placa metálica llena de agujeros más
pequeños que su longitud de onda".
Otra idea son los filtros, basados en que la luz que atraviesa el metal
sea justo la de longitud de onda equivalente a la distancia entre los
agujeros. "Eso hace que aunque tú ilumines con luz blanca , sólo se cuela
la luz con una longitud de onda precisa". Además, cuanto más estrecha es
hendidura, más preciso es el filtro, porque se afina aún más la longitud
de onda que entra. El trabajo del grupo español, que demuestra
teóricamente el fenómeno para una sola dimensión, acaba de ser llevado a
la práctica por Ebbesen. El próximo paso es modelizar el fenómeno en dos
dimensiones. García Vidal trabaja en ello junto a Luis Martín Moreno, de
la Universidad de Zaragoza. "Es muy complicado, y eso que estamos usando
ecuaciones del siglo pasado. Meterlas en el ordenador es muy difícil... La
gente aún no lo ha conseguido", dice.
Para filtros de luz y microscopios
más potentes
Los físicos están sólo
empezando a buscar aplicaciones al fenómeno de que la luz pase por
agujeros de menor diámetro que su propia longitud de onda. Se buscan
aplicaciones en cualquier área que hasta ahora haya estado limitada por
elgroso de la longitud de onda de la luz visible. Los expertos
hablan, por ejemplo, de mejorar la técnica ya clásica de
microfotolitografía para hacer chips -que consiste en grabar con
luz, en el silicio, el diseño de los microcircuitos-. O de aumentar la
capacidad de discernir detalles de los microscopios ópticos. "La
resolución de estos microscopios está limitada por el tamaño de la
apertura: cuánto menor sea ésta, mayor será la resolución. Pero la
apertura no podía ser menor que la longitud de onda de la luz visible,
porque la luz no podía pasar por ella... Con este hallazgo mandarías luz a
través de aperturas muy pequeñas", explica Francisco García-Vidal.