Un extraño material atrapa la luz desafiando las leyes físicas

En 2014, Michael Fogler y sus colegas de la Universidad de California en San Diego, demostraron que la luz podría almacenarse dentro de gránulos a nanoescala de nitruro de boro hexagonal. Ahora el grupo de investigación de Fogler ha publicado un nuevo estudio en Nano Letters que describe cómo se comporta la luz atrapada dentro de los gránulos.

Las partículas de luz, llamados polaritones fonones, desafían las leyes estándar de reflexión al rebotar a través de los gránulos, pero su movimiento no es aleatorio. Los rayos polaritones se propagan a lo largo de caminos en ángulos fijos con respecto a la estructura atómica del material, informa el equipo de Folger. Eso puede llevar a resonancias interesantes.

"Las trayectorias de los rayos polaritones atrapados son muy enrevesadas en la mayor parte de los casos", dijo Fogler. "Sin embargo, tiene algunas frecuencias mágicas en las que pueden convertirse en órbitas cerradas individuales". Cuando eso sucede pueden aparecer "puntos calientes" de campos eléctricos fuertemente mejorados. El grupo de Fogler encontró los que pueden formar patrones geométricos en gránulos de forma esferoidal.

Los polaritones no sólo son partículas, sino también ondas que forman patrones de interferencia. Cuando se superponen en el borde caliente de campos eléctricos mejorados, crean bellas imágenes sorprendentes. "Se parecen a los huevos de Fabergé, los tesoros de gemas incrustadas de los zares rusos," observa Fogler.

Aplicaciones prácticas

Más allá de crear imágenes hermosas, su análisis ilustra la forma en que la luz se almacena dentro del material. Los patrones y las frecuencias mágicas no son determinadas por el tamaño del esferoide sino por su forma, es decir, la relación de la longitud de la circunferencia. El análisis reveló que un único parámetro determina el ángulo fijo a lo largo del que los rayos polaritones se propagan con respecto a la superficie de los esferoides.

Los científicos están comenzando a encontrar usos prácticos para materiales como el nitruro de boro hexagonal que manipulan la luz en formas usuales. La teoría de este estudio podría guiar el desarrollo de aplicaciones como nanorresonadores para imagen espectral y filtro de color de alta resolución, o fuentes de fotones infrarrojas.

El análisis proporciona una explicación teórica a las observaciones previas de luz atrapada. Fogler y sus colegas sugieren varios experimentos que podrían confirman su predicción de la luz en órbita usando tecnologías ópticas avanzadas, algunos de los cuales están en ma rcha, dijo Fogler. "La búsqueda para detectar polaritones en órbita ya ha comenzado", asegura.