Los investigadores han demostrado una nueva interfaz de materia de luz, al darse cuenta del espejo más ligero posible formado por una monocapa de 200 átomos

Físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) han diseñado el espejo óptico más liviano que se pueda imaginar: una sola capa estructurada de unos pocos cientos de átomos idénticos.

Los átomos están dispuestos en la matriz bidimensional de una red óptica formada por rayos láser interferentes.

Los resultados de la investigación son las primeras observaciones experimentales de este tipo en un nuevo campo emergente de óptica cuántica por debajo de la longitud de onda con átomos ordenados. Hasta ahora, el espejo es el único de su tipo. Los resultados se publican en Nature.

Por lo general, los espejos utilizan superficies de metal altamente pulidas o vidrios ópticos con recubrimiento especial para mejorar el rendimiento en pesos más pequeños. Pero los físicos de MPQ ahora demostraron por primera vez que incluso una sola capa estructurada de unos pocos cientos de átomos ya podría formar un espejo óptico, convirtiéndolo en el más ligero imaginable.

El nuevo espejo tiene solo varias decenas de nanómetros de espesor, que es mil veces más delgado que el ancho de un cabello humano. Sin embargo, el reflejo es tan fuerte que incluso podría percibirse con el ojo humano puro.

El espejo funciona con átomos idénticos dispuestos en una matriz bidimensional. Se ordenan en un patrón regular con un espacio inferior a la longitud de onda de transición óptica del átomo, características típicas y necesarias de los metamateriales.

Los metamateriales son estructuras diseñadas artificialmente con propiedades muy específicas que rara vez se encuentran naturalmente. Obtienen sus propiedades no de los materiales de los que están hechos, sino de las estructuras específicas con las que están diseñados. Las características (el patrón regular y el espaciado de longitud de onda inferior) y su interacción son los dos trabajos cruciales detrás de este nuevo tipo de espejo óptico.

En primer lugar, el patrón regular y el espaciamiento de los átomos en la longitud de onda inferior suprimen una dispersión difusa de la luz, agrupando la reflexión en un haz de luz unidireccional y constante. En segundo lugar, debido a la distancia relativamente cercana y discreta entre los átomos, un fotón entrante puede rebotar de un lado a otro entre los átomos más de una vez antes de que se refleje. Ambos efectos, la dispersión suprimida de la luz y el rebote de los fotones, conducen a una «respuesta cooperativa mejorada al campo externo», lo que significa en este caso: una reflexión muy fuerte, según la investigación.

Con un diámetro de alrededor de siete micras, el espejo en sí es tan pequeño que está mucho más allá del reconocimiento visual. El aparato en el que se crea el dispositivo, sin embargo, es enorme. Totalmente de estilo con otros experimentos ópticos cuánticos, cuenta con más de mil componentes ópticos individuales y pesa alrededor de dos toneladas. Por lo tanto, el material novedoso difícilmente afectaría los espejos de productos básicos que las personas usan a diario. La influencia científica en el otro lado puede ser de gran alcance.

«Los resultados son muy emocionantes para nosotros. Al igual que en los conjuntos diluidos a granel típicos, las correlaciones mediadas por fotones entre los átomos, que juegan un papel vital en nuestro sistema, generalmente se descuidan en las teorías tradicionales de óptica cuántica. Por otro lado, las series ordenadas de átomos fabricados mediante la carga de átomos ultrafríos en redes ópticas se explotaron principalmente para estudiar simulaciones cuánticas de modelos de materia condensada. Pero ahora resulta ser una plataforma poderosa para estudiar también los nuevos fenómenos ópticos cuánticos», explica Jun Rui, investigador postdoctoral y primer autor del estudio, en un comunicado.

La investigación adicional podría profundizar la comprensión fundamental de las teorías cuánticas de la interacción de la materia de luz, la física de muchos cuerpos con fotones ópticos, y permitir la ingeniería de dispositivos cuánticos más eficientes.

Fuente: europapress.es