"La luz se escapa fácilmente y la cuestión es lograr la jaula ideal para ella"

Las propiedades de algunos nuevos materiales ópticos en contacto con la luz no dejan de deparar sorpresas a los científicos, que desde hace un tiempo investigan fenómenos que rozan incluso el mundo de lo fantástico, como la viabilidad de volver invisible un objeto. Estos avances van descubriendo un enorme campo de aplicaciones, pero no hubiesen sido posible sin los trabajos anteriores del físico Sajeev John (India, 1957), considerado uno de los padres de la nanofotónica, junto a Eli Yablonovitch. Ellos plantearon, hace 20 años, la posibilidad de fabricar materiales ópticos con los que controlar los fotones de la luz, tal y como ocurre con el silicio para los electrones, los llamados cristales fotónicos. "Nada se mueve más rápido que la luz y, a diferencia de la corriente de electrones, los rayos de luz pueden atravesarse los unos a los otros sin causar perturbaciones entre ellos", detalla Sajeev John, de la Universidad de Toronto (Canadá), que participó recientemente en Miraflores de la Sierra (Madrid) en un curso sobre nanofotónica y óptica organizado por la Fundación BBVA y el Instituto de Ciencia de Materiales Nicolás Cabrera de la Universidad Autónoma de Madrid, con la colaboración del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA Nanociencia).

"Los bonitos colores azules y verdes del pavo real se deben a unos cristales fotónicos que tienen en las plumas"

"Con determinados materiales puedes lograr que la luz se curve hacia atrás, que tome todo tipo de direcciones que parecerían imposibles"

Pregunta. ¿Qué son los cristales fotónicos?

Respuesta. Es difícil confinar la luz, se escapa fácilmente y la cuestión es lograr la jaula ideal para ella. Lo mejor es usar estructuras periódicas, fabricadas con materiales dieléctricos, como el silicio, con las cuales pueden reducir los caminos por los que se propaga la luz y restringir sus canales de escape. Si se colocan impurezas o defectos en estas estructuras, entonces resulta perfectamente posible confinar la luz. Y cuando uno es capaz de atraparla y conseguir que se quede ahí el tiempo necesario, puede entonces lograr funciones muy interesantes.

P. ¿Cómo cuáles?

R. Puedes tener un rayo de luz que controle otro rayo de luz o un interruptor semejante a los transistores en microelectrónica. Se sabe que el rayo de luz permite transportar información, pero ahora también puede procesar esa información de alguna forma; quizá realizando operaciones lógicas en un chip, como en la electrónica, sólo que con un microchip óptico.

P. Los nuevos materiales ópticos tienen propiedades muy extrañas. ¿No es así?

R. Hay propiedades nuevas asociadas a los cristales fotónicos. Si desarrollas materiales de una determinada manera puedes lograr que la luz se curve hacia atrás, que tome todo tipo de direcciones que parecerían imposibles. Se dan muchas propiedades inusuales y no sólo en la forma en la que se guía la luz, sino también en cómo interactúa con los átomos y las moléculas.

P. ¿Estas propiedades se encuentran en la naturaleza?

R. Sí, muchos animales usan una especie de primitivos cristales fotónicos. Los bonitos colores azules y verdes del pavo real se deben, por ejemplo, a unos pequeños cristales fotónicos que tienen en las plumas. Y, justamente, algunas de las aplicaciones de los cristales fotónicos artificiales pueden estar en la industria de la moda, de las joyas, de los cosméticos...

P. ¿Qué cambios cree que pueden traer estos avances?

R. Es muy emocionante conseguir hacer con la luz cosas nunca antes realizadas. Ahora podemos manipular aquello que constituye la esencia que interactúa con casi todo lo que hacemos en la vida real. Hace cerca de 150 años Maxwell escribió las ecuaciones que describen como las ondas electromagnéticas se propagan, y es ahora, mucho tiempo después, cuando hemos comprendido que no sólo pueden propagarse, sino también ser localizadas y atrapadas. Por eso es difícil enumerar todas las aplicaciones que tendrá.

P. ¿Cómo piensa que evolucionarán los ordenadores?

R. En un futuro cercano, creo que seguirán mejorando dentro de los sistemas microelectrónicos actuales. Pero si se consiguen fabricar estos materiales nuevos de forma muy eficiente y con mucha precisión, podremos tener ordenadores diferentes. Ahora, la corriente eléctrica fluye por los circuitos y los ordenadores electrónicos tienen un sólo canal de información, pero en óptica puedes tener diferentes canales fluyendo todos a la vez e interactuando entre todos ellos. Esto permite realizar muchas operaciones en paralelo y puede abrir nuevas vías en la informática.

P. ¿Cuándo será esto una realidad?

R. El reto ahora es conseguir fabricar estos materiales con precisión. En la teoría, el diseño ya existe, pero para que aparezcan aplicaciones reales en el procesamiento de información pueden pasar diez años, o quizá menos. Ahora se está haciendo mucho énfasis en encontrar aplicaciones que no requieran unos materiales de fabricación tan precisa, como la energía solar, porque estos materiales permiten absorber una gran fracción de la luz y podemos atrapar la luz en una película muy fina desde una gran variedad de ángulos y a mayores rangos de frecuencia. Se podrían desarrollar unas células solares mucho más eficientes que las actuales.

P. ¿Y en medicina?

R. Esto nos sirve para guiar la luz en cirugía láser, para operar sin necesidad de efectuar cortes en el cuerpo, a través de endoscopias: la intensidad de la luz es muy alta y puede fundir los cables de fibra convencionales. Esto ya se usa usando en medicina. Por otro lado, entender como se propaga la luz a través de los tejidos resultaría también importante en muchas aplicaciones médicas, como nuevas terapias, diagnósticos, etcétera.