UNIVERSIDAD PÚBLICA DE NAVARRA

Estas estructuras ofrecen aplicaciones potenciales en nanocircuitos, levitación eléctrica o en invisibilidad

Víctor Torres Landivar, ingeniero de Telecomunicación, ha diseñado y fabricado nuevos dispositivos basados en (materiales artificiales con propiedades que no poseen materiales que se encuentran en la naturaleza). En el desarrollo de su tesis doctoral, leída en la UPNA, ha logrado la primera demostración experimental nunca hecha con ENZ. “Estos materiales tienen características sorprendentes, como que una onda que viaje dentro de él pueda hacerlo a una velocidad de fase casi infinita y, por tanto, pueda ser transmitida de un lugar a otro sin perder apenas energía, por muy extraña o complicada que sea la forma que tiene el material. Las aplicaciones potenciales de estos medios son numerosas; por ejemplo, en nanocircuitos, levitación eléctrica o invisibilidad”.

La investigación se ha centrado en su mayor parte en el diseño de nuevos metamateriales en la banda de terahercios (THz), banda de frecuencias localizada entre la de microondas y la infrarroja. “Es una banda con enormes potenciales de aplicación en biomedicina, radioastronomía o en seguridad, para detección de explosivos y armas —señala Víctor Torres—. Al ser una banda de utilización relativamente reciente, existe gran falta de dispositivos eficientes y, por eso, los resultados de nuestra investigación contribuyen a cubrir estas carencias”.

La tesis lleva por título “Plasmonics and Metamaterials at Terahertz Frequencies” (Plasmónica y metamateriales en frecuencias de terahercios). Codirigida por los investigadores Miguel Beruete Díaz, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la UPNA, y Miguel Navarro Cía, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica del Imperial College de Londres, el trabajo ha obtenido la calificación de Sobresaliente cum laude.

Las propiedades de los metamateriales proceden no de su composición sino de la forma de la estructura con que son diseñados. “De este modo, se pueden conseguir por ejemplo materiales con índice de refracción negativo, que doblan la luz en sentido contrario a lo que ocurre con los materiales naturales”.

Resultados obtenidos

Los resultados de la investigación pueden encuadrarse en tres grandes grupos: metamateriales de transmisión extraordinaria, metamateriales ENZ (con permitividad cercana a cero) y nanoantenas ópticas.

Según explica el autor del trabajo, los metamateriales de transmisión extraordinaria son estructuras metálicas muy delgadas, compuestas por agujeros muy pequeños. Una disposición adecuada de estos orificios hace que la luz sea capaz de atravesarlos, pero de manera muy distinta a la que lo haría con agujeros más grandes. “Hemos encontrado una manera especial de interconectar estos agujeros mediante líneas con formas de meandros, que proporcionan a estos metamateriales características adicionales”. Una vez conocido el comportamiento de la nueva estructura, se diseñó y fabricó un polarizador, que permite controlar y cambiar la dirección que lleva la luz al atravesar la estructura. “Este polarizador es capaz de trabajar a dos bandas de frecuencias diferentes, con muy buenas características de ancho de banda y un espesor realmente delgado, lo que lo convierte en un dispositivo que compite y, en la mayoría de los casos, supera en prestaciones a dispositivos comerciales”.

En cuanto a los metamateriales ENZ (por sus siglas en inglés Epsilon Near Zero), ha aprovechado sus características para diseñar y fabricar lentes metálicas de altas prestaciones. En estas lentes la onda electromagnética pasa a través de unos canales muy estrechos y muy próximos entre sí. “Una correcta ingeniería de estos canales y de la forma de la propia lente le confiere propiedades de radiación y de enfoque de energía superiores a las que presentan lentes clásicas fabricadas en otros materiales”. Víctor Torres ha diseñado y fabricado una de estas lentes con perfil plano-cóncavo para trabajar a 0.15 Thz. “Ha sido la primera demostración experimental nunca hecha de este tipo de metamaterial ENZ y, además, hemos propuesto de modo teórico un diseño más avanzado donde se consigue reducir el volumen de la lente manteniendo prestaciones similares”.

Por último, ha trabajado en el diseño de nanoantenas. “Se trata de dispositivos formados por agrupaciones de nanopartículas metálicas (comúnmente oro y plata) que se comportan de modo similar a las antenas clásicas de radiofrecuenci, pero a frecuencias ópticas”. En la tesis ha diseñado y fabricado una nanoantena cuya peculiaridad es proporcionar un ancho de banda superior a los demás tipos de nanoantenas con una concentración de energía similar. “De este modo, puede ser utilizada en experimentos de espectroscopia a múltiples frecuencias. La misma nanoantena, de manera simultánea, proporciona una ganancia relevante en tres experimentos de espectroscopia diferentes (fluorescencia, absorción Ramán e infrarroja); es decir: en lugar de utilizar tres nanoantenas diferentes para cada uno de los experimentos, una sola nanoantena con este tipo de diseño es suficiente”.

Víctor Torres es ingeniero de Telecomunicación por la Universidad Pública de Navarra (UPNA), institución donde actualmente desarrolla su trabajo como investigador. En 2010 obtuvo el título de Máster en Comunicaciones con la especialización en radiocomunicaciones. Ese mismo año inició su trabajo como investigador predoctoral en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Ha realizado estancias de investigación en la University of Pennsylvania (Filadelfia) y en el Imperial College London (Londres), así como en el Centro de Tecnología Nanofotónica de la Universidad Politécnica de Valencia. Las líneas de investigación en las que trabaja se centran en dispositivos cuasiópticos basados en metamateriales de transmisión extraordinaria y con permitividad cercana a cero, así como en el desarrollo de nuevas nanoantenas ópticas de altas prestaciones.