La estructura del metamaterial está integrada con un transformador térmico nanomecánico para aumentar la absorción de ondas electromagnéticas en el rango de THz (Imagen: Metamaterials / Flickr)
Superlentes que ajustan el enfoque sin partes móviles, costuras invisibles, cuerpos cerámicos flexibles, edificios a prueba de terremotos. Los conceptos que hoy parecen provenir de la ciencia ficción son posibles gracias a materiales sobrenaturales. Es un campo de estudio relativamente nuevo, cuyas primeras experiencias prácticas se remontan al año 2000, que combina conceptos de la física, la ingeniería eléctrica y electromagnética, la óptica, la ciencia de los materiales y la nanociencia.
Los metamateriales se comportan según sus estructuras, no según su composición química. Se manipulan, a nivel atómico, en forma, geometría, tamaño, orientación y comportamiento, para operar ondas electromagnéticas, sonoras o incluso sísmicas. Así, los objetos improbables se vuelven teóricamente viables, como mantos de invisibilidad, cerámicas flexibles y lentes ultraclaros, inmunes al límite de difracción.
La ciencia de los metamateriales se desarrolló a partir del estudio de la óptica y el electromagnetismo. Su principal teórico, el físico ruso Victor Veselago, describió en 1967 la posibilidad de que los materiales tuvieran un índice de refracción negativo. Este indicador es una medida de cómo se desvía la luz al pasar de un medio a otro, como del aire al agua o del aire al vidrio. Hasta entonces, siempre fue un número positivo. Al presentar un comportamiento anti-naturaleza, los metamateriales pueden eludir las ondas electromagnéticas, incluida la luz.
La teoría no se hizo realidad hasta el año 2000, en un estudio del físico inglés John Pendry. Pudo describir un método para obtener un índice de refracción negativo colocando cables de metal para cambiar su comportamiento electromagnético. Desde entonces, la ciencia de la manipulación de la estructura atómica de los materiales ha evolucionado hacia campos distintos al electromagnetismo, como la acústica y la mecánica.
Aquí hay cuatro ejemplos de aplicaciones de metamateriales.
1. El manto de la desaparición
Una de las aplicaciones más prometedoras de los metamateriales es el desarrollo de la capa de invisibilidad. Al tratar la estructura atómica del tejido en tamaños más pequeños que la longitud de onda de la luz, es posible desviarlo completamente del objeto y seguir su trayectoria. La evidencia del concepto se introdujo en 2006, utilizando microondas, que tienen una longitud de onda más larga que la luz visible.
2. Super lentes
Todas las lentes normales sufren un límite de difracción, que es una limitación física en la nitidez y resolución de las imágenes. Este límite está influenciado, por ejemplo, por el tamaño de la lente y la observación de la luz observada. Pero esta barrera se rompe con materiales metálicos de índice pasivo.
La primera lente de ultra alta calidad se fabricó en 2004 y solo funciona con microondas. Al año siguiente, el chino Xiang Zhang demostró una lente súper óptica con una resolución tres veces mayor que la de las lentes convencionales. Estudios más recientes han demostrado la aplicación de metamateriales en la construcción de una lente cuyo enfoque es ajustable sin ningún cambio en su posición o forma.
3. Cerámica flexible
Dejar un campo electromagnético, manipular la estructura atómica de los materiales también puede afectar su comportamiento físico. Se llaman materiales mecánicos. Un ejemplo de manipulación está inspirado en la construcción civil: al colocar la estructura en forma de puntales y vigas, es posible crear materiales ultraligeros y al mismo tiempo sólidos; O para dar propiedades elásticas a materiales quebradizos, como la cerámica.
4. Protección contra terremotos
Los metamateriales sísmicos son aquellos que se han desarrollado para contrarrestar los efectos de los terremotos en las estructuras artificiales. El llamado «camuflaje sísmico» utiliza materiales basados en cerchas flexibles que pueden envolver edificios, de modo que resistan los movimientos simultáneos de un terremoto. Así, los edificios se vuelven «invisibles a los terremotos».
Las pruebas con un material metálico desarrollado en la Universidad de Missouri en los EE. UU. Han demostrado un rendimiento satisfactorio bajo tensión por vibraciones longitudinales y cizallamiento, las dos más comunes en el choque sísmico.
