Miguel Navarro Cía demuestra en su tesis doctoral la viabilidad de emplear metamateriales para mejorar y diseñar nuevos dispositivos de comunicación

UNIVERSIDAD PÚBLICA DE NAVARRA

Su investigación, en el ámbito del terahercio, abre posibilidades que hasta la fecha se creían imposibles

El ingeniero de telecomunicación Miguel Navarro Cía ha demostrado en su tesis doctoral la viabilidad de emplear metamateriales para la mejora y diseño de nuevos dispositivos de comunicación, como antenas, lentes, filtros y guiado superficial de energía ultra-concentrada. Su trabajo ha cubierto aspectos de física fundamental y de ingeniería y supone un importante avance, tanto en el análisis profundo de los fenómenos propios de los metamateriales como en la búsqueda de aplicaciones prácticas. De hecho, abre posibilidades que hasta la fecha se creían imposibles, como nuevas lentes ultradelgadas con posible superresolución y reflexión nula, en contraposición a las lentes convencionales que siempre reflejan algo de luz.

Los metamateriales son materiales creados artificialmente y que pueden dar lugar a propiedades sorprendentes, superiores a las que se pueden encontrar en la naturaleza, como la refracción negativa y la invisibilidad. El trabajo de investigación, que ha tenido en cuenta el fenómeno conocido como transmisión extraordinaria como piedra angular, ha recibido la calificación de sobresaliente cum laude. «Este fenómeno consiste en la transmisión de energía a través de una apertura o conjunto de aperturas muy pequeñas, en superficies metálicas cuyas dimensiones, en principio, según los fundamentos clásicos, no permitirían el paso de las ondas electromagnéticas; de ahí el calificativo de extraordinaria», explica Miguel Navarro

Dirigida por el catedrático Mario Sorolla Ayza, del Departamento de Ingeniería eléctrica y electrónica de la Universidad Pública de Navarra, y el investigador Miguel Beruete Díaz, la tesis «Transmisión extraordinaria y modos inducidos geométricamente para metamateriales: desde la física subyacente hasta las aplicaciones tecnológicas», ha desvelado la física fundamental de los metamateriales con índice de refracción negativo, favorecidos por el fenómeno de transmisión extraordinaria.

«Se incide en el hecho de que estos metamateriales, beneficiados por la Transmisión Extraordinaria, se comportan como medios con índice de refracción negativo, lo cual abre posibilidades de diseño que hasta hace poco se creían imposibles. Además, son metamateriales con un comportamiento selectivo en frecuencia, y el filtrado en frecuencia es el fundamento operativo de una gran cantidad de dispositivos de comunicaciones». La frecuencia en la que se trabaja es el rango de las ondas milimétricas y el terahercio (THz), entre las ondas de radio-televisión y la luz.

Transferencia a la industria y guiado de energía

En el transcurso de la investigación de Miguel Navarro se diseñaron, fabricaron y midieron con éxito dispositivos con propiedades estructurales (dimensión, peso, etc.) o prestaciones en algunos casos superiores a otros dispositivos comerciales con las mismas funcionalidades. «Destacaría las lentes y super-estratos (estructuras colocadas justo delante o sobre un emisor para mejorar alguna característica electromagnética), ya que permiten el diseño de novedosas antenas, un elemento fundamental en cualquier comunicación inalámbrica». Los resultados de la tesis permiten ser optimistas en cuanto al posible éxito de la introducción de esta nueva tecnología en la industria.

La estructura central empleada en la tesis ha sido el apilamiento de placas perforadas con Transmisión Extraordinaria. En el aspecto de la física, los logros obtenidos han sido la miniaturización de dichas placas, la primera comprobación experimental de la refracción negativa con bajas pérdidas en metamateriales con Transmisión Extraordinaria, la primera comprobación experimental de un nuevo fenómeno de Transmisión Extraordinaria acuñada en la tesis como Transmisión Extraordinaria Anómala, y el primer metamaterial con Transmisión Extraordinaria y birrefrigencia anómala (la onda electromagnética ve un medio con índice de refracción efectivo negativo o positivo dependiendo de la polarización).

A raíz de las estancias realizadas en diferentes universidades y de colaboraciones con otros grupos de investigación de Rusia, Estados Unidos, Argentina y Reino Unido, los investigadores de la UPNA han demostrado también experimentalmente resonancias de fase (una configuración particular de la distribución del campo electromagnético en estructuras periódicas con periodo múltiple) y han propuesto una nueva estrategia, basada en metamateriales, para propagar energía a lo largo de una superficie por debajo del límite impuesto por el fenómeno de difracción en las frecuencias de terahercio. (La difracción es un fenómeno característico de las ondas por el cual se curvan y esparcen cuando encuentran un obstáculo o atraviesan una rendija).

«La partícula clave para el guiado ha sido el resonador de anillos cortados complementario, que fue propuesto por primera vez en la tesis del doctor Francisco Falcone, miembro también del grupo de investigación de la UPNA. Ese nuevo guiado de energía abre la puerta a una transferencia efectiva de energía en un rango de frecuencias como es el THz, donde a día de hoy escasean soluciones, a pesar del fuerte interés científico e industrial dado su potencial para imagen médica y seguridad, análisis químico y comunicaciones inalámbricas de alta velocidad». Su trabajo ha sido citado recientemente en un artículo de Nature Materials por científicos de la Universidad de Harvard.

Miguel Navarro Cía, Ingeniero de Telecomunicación por la UPNA en 2006, es Doctor por dicha universidad, en la que trabaja como investigador ayudante. Además, es socio de la empresa de innovación de base tecnológica Tafco Metawireless S.L., ganadora del premio Ideactiva 2009. Ha sido coautor de una treintena de artículos en revistas internacionales y ha presentado 67 comunicaciones en congresos internacionales (13 de ellas invitadas) y 10 en congresos nacionales. Ha realizado estancias en el Imperial College London (Reino Unido) y en la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos), bajo la supervisión de reconocidos expertos mundiales como Sir John Pendry y Nader Engheta, padres de los metamateriales y de la invisibilidad mediante transformación óptica del espacio y plasmónica. Es miembro, entre otras entidades, de la Optical Society of America y del Institute of Electrical and Electronics Engineers y es revisor de revistas especializadas como Optics Express, Journal of the Optical Society of America A, Journal of Electromagnetic Waves and Applications y Journal of Applied Physics.