Cristales de luz y cristales de onda

La mayoría de los grandes avances tecnológicos se han basado en el conocimiento de las propiedades de los materiales. Con estos materiales, el hombre, desde la edad de piedra hasta nuestros días ha inventado herramientas que han mejorado su calidad de vida.En toda la historia de la humanidad, las herramientas, desde las más sencillas hasta las más sofisticadas, han requerido el control y diseño de materiales con propiedades mecánicas específicas. Este siglo se ha distinguido, sin embargo, porque la investigación y la tecnología se ha dirigido, además, al control de las propiedades eléctricas y electrónicas de los materiales. Los avances en la física de los cristales semiconductores han permitido el descubrimiento de dispositivos que, como el transistor, han revolucionado la industria electrónica.

En las últimas décadas ha emergido una nueva frontera en Física: el control directo de las propiedades ópticas de los materiales. Un claro ejemplo es el de la fibra óptica. Por otra parte, en los años ochenta, varios autores mostraron que si un material transparente se llenaba de agujeros periódicamente distribuidos, este material se tornaba opaco para determinadas frecuencias de la luz. Estos miateriales se denominaron cristales de luz. Así como en cristales, los electrones sólo pueden residir en determinadas zonas de energía, en los cristales de luz, ésta sólo se puede propagar en determinas franjas de energía. Los cristales de luz tienen una enorme importancia, tanto en el aspecto estrictamente científico como en su aplicación tecnológica. En el aspecto básico supone recorrer un camino, semejante al desarrollo por la teoría electrónica de cristales en la primera mitad de ese siglo. Por otra parte se podrán estudiar cuestiones fundamentales de la física como la interacción luz-materia o fenómenos de localización, que hasta ahora eran impensables a nivel experimental. La potencial aplicación de estos materiales a dispositivos es enorme. Por ejemplo, se podrán fabricar láseres de altísima eficiencia. También se podrán diseñar materiales transparentes, u opacos para determinadas frecuencias con aplicación en la industria civil o militar en campos tales como las telecomunicaciones, optoelectrónica, informática, etcétera.

Una de las grandes ventajas de los cristiales de luz es que toda la teoría que los gobierna es igualmente aplicable a otro tipo de ondas, La luz corresponde a una pequeña parte del espectro de las ondas electromagnéticas. Este espectro cubre desde los rayos gamma hasta las ondas de radio pasando por las microondas, la radiación infrarroja, etcétera. Además, existen otro tipo de ondas, cómo las acústicas o las elásticas en donde la teoría es muy similar. Por tanto podíamos decir que los cristales de luz corresponden a una pequeña parcela de un campo mucho más amplio que podemos llamar cristales de ondas.

Recientemente, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) y del departamento de Física Aplicada de la Universidad Politécnica de Valencia hemos probado que determinadas esculturas de la corriente minimalista pueden presentar propiedades de cristal de sonido. Este efecto se ha comprobado en una obra del escultor Eusebio Sempere (expuesta en la Fundación Juan March de Madrid) que consiste en una distribución periódica de cilindros de acero. El trabajo, publicado en la revista Nature, abre nuevas posibilidades para el diseño de elementos acústicos activos (altavoces, micrófonos) o pasivos (pantallas acústicas) basados en principios completamanete diferentes de los hasta ahora conocidos.