Ciencia de materiales
Cómo las Metasuperficies Quirales están Transformando la Codificación de Datos
¿Qué es la quiralidad? Explorando la ciencia detrás de la simetría
En la naturaleza, la simetría es una característica fundamental de muchas cosas, incluidos los componentes del ADN y la propia luz. Es posible que dos moléculas casi idénticas entre sí difieran no en su composición o forma, sino en su orientación, un concepto llamado “quiralidad”.
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La quiralidad puede explicarse en su forma más simple como la razón por la que nuestra mano izquierda difiere de la derecha, a pesar de que ambas manos son idénticas en su forma, estructura y función.
La quiralidad juega un papel fundamental en la biología, ya que la selección natural ha seleccionado exclusivamente moléculas de ADN, azúcares y aminoácidos “dextrógiras” (el componente base de las proteínas).
El mismo tipo de fenómeno puede ocurrir con la luz, que puede polarizarse hacia la izquierda o la derecha, cambiando la dirección de su campo eléctrico.
Al exponer una molécula quiral a luz polarizada, la reacción difiere según la dirección de la polarización de la luz.
Este es un fenómeno bien conocido en física, pero hasta ahora era demasiado débil para ser utilizado en aplicaciones prácticas. Esto podría haber cambiado gracias al trabajo de investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL – Suiza), la Australian National University y la University of South Australia.
Publicaron sus resultados en Nature Communications1, bajo el título “Codificación de quiralidad en metasuperficies resonantes gobernadas por simetrías de red”.
Cómo los metaátomos permiten metasuperficies quirales sintonizables
Los científicos han estado desarrollando nuevos tipos de materiales, llamados metamateriales, durante algunas décadas. Los metamateriales obtienen nuevas propiedades que no se encuentran en la naturaleza, no solo por su composición, sino por cómo se diseña su estructura interna.
Los metaátomos son los bloques de los que están hechos los metamateriales.
Los investigadores han desarrollado redes 2D compuestas por diminutos elementos (los metaátomos) que pueden sintonizar fácilmente sus propiedades quirales.
Fuente: Nature
Al variar la orientación de los metaátomos dentro de una red, los científicos pueden controlar la interacción de la metasuperficie resultante con la luz polarizada.
Fuente: Nature
Un kit de herramientas quirales para la codificación de datos basada en luz
Intentos previos de usar la quiralidad para controlar la interacción con la luz tuvieron éxito limitado. En gran parte, esto se debió a un enfoque demasiado difícil, que utilizaba geometrías de metaátomos muy complejas.
En su lugar, los investigadores suizos y australianos aprovecharon la interacción entre la forma de los metaátomos y la simetría de la red. Utilizaron una metasuperficie hecha de germanio y difluoruro de calcio.
Fuente: Nature
Como resultado, pudieron producir un comportamiento quiral predecible, sintonizable mediante parámetros simples, creando así un kit de herramientas universal para el diseño quiral bajo demanda.
El patrón de la metasuperficie invertida se escribió usando litografía de haz de electrones.
Transmisión de datos dual
Como prueba de concepto, los investigadores crearon una imagen con 2 capas de datos codificados por una metasuperficie, una con luz normal y otra con luz polarizada.
Fuente: Nature
