El recomendado de Ricardo Depine

En 1959, Richard Feynman dio una charla muy inspiradora e influyente titulada “There's Plenty of Room at the Bottom”, que traducido libremente es lo que dice el chofer cuando el colectivo se llena: “al fondo hay mucho lugar”. En esta charla, Feynman hizo preguntas como ¿Qué podríamos hacer con estructuras multicapas si sabemos elegir las capas correctas? ¿Qué tipo de láminas ópticas podríamos construir si supiéramos organizar los átomos de la manera más conveniente? Inspirado por estas preguntas, el nuevo campo interdisciplinario de las metasuperficies se ocupa de jugar en el fondo investigando una nueva generación de dispositivos multicapa que se construyen combinando materiales puramente 2D, como el grafeno, con láminas planas muy delgadas, estructuradas de manera inhomogénea a lo largo del plano y en la escala sub-longitud de onda (las inhomogeneidades juegan el papel de meta-átomos).

Las metasuperficies pueden fabricarse mediante técnicas de nanofabricación estándar, como la litografía por haz de electrones. Se han propuesto aplicaciones en telecomunicaciones, nanofotónica, plasmónica, óptica cuántica o biofísica y el desafío consiste en diseñar la estructura inhomogénea y el apilamiento correcto para poder modificar localmente, y de manera adecuada para cada aplicación, la polarización, la fase y la amplitud de la radiación incidente.

Se han construido metasuperficies que exhiben un control muy preciso de los campos, con una flexibilidad y un rendimiento imposible de lograr con superficies de materiales convencionales. Las diferencias con una superficie natural quedan muy en evidencia en el paper que recomiendo. Como es sabido de los cursos de óptica (y es ampliamente usado en filtros fotográficos antirreflectantes, o en anteojos de sol polarizados), las curvas del coeficiente de reflexión en función del ángulo de incidencia solo exhiben un cero cuando la polarización incidente es TM (el ángulo de Brewster), no cuando la polarización incidente es TE. En cambio, en la metasupeficie diseñada y fabricada por los autores del trabajo que comparto, el efecto Brewster ocurre no solamente para incidencia TE, ya toda una diferencia con medios convencionales, sino que también ocurre en un amplio rango de ángulos de incidencia (de ahí el título del trabajo, efecto Brewster para todo ángulo).

Una curiosidad: en los libros circulan dos definiciones de ángulo de Brewster. En la definición usada en el trabajo comentado, se trata de un ángulo donde se anula la reflexión de una onda plana linealmente polarizada. En la otra definición, que fue la definición usada inicialmente por Brewster, se trata de un ángulo polarizador, en el que una onda plana no polarizada se refleja como una onda plana polarizada linealmente. Ambas definiciones son equivalentes para superficies isótropas naturales, pero dejan de serlo si en la reflexión la superficie mezcla los dos modos de polarización TE y TM, como puede ocurrir en las metasuperficies estructuradas. Es decir, que ¡Brewster hoy no reconocería la definición de su ángulo!

Paper recomendado: “All-angle Brewster effect observed on a terahertz metasurface”, Appl. Phys. Lett. 114, 191902 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5097742

*Ricardo Depine es Profesor Plenario del Departamento de Física e Investigador Principal del Conicet.

DF es docencia, investigación y popularización de la ciencia.