Las mil y una de la luz

- Por Lis Tous -

María Gabriela Capeluto es física experimental en el Departamento de física en temas de fotofísica y materiales fotónicos; desarrolla varias líneas de trabajo en colaboración con distintos laboratorios. Este año, la investigadora tuvo varias publicaciones importantes junto a colegas del DF y, también por su trabajo en la creación de plasmas de alta densidad de energía en la Universidad estatal de Colorado.

“Mi campo de investigación es la fotofísica, es decir, estudiamos la luz y su interacción con la materia. Usamos a la luz para modificar y medir a las propiedades de los materiales, también utilizamos a los materiales para generar luz, así como para modificar sus propiedades”, resume Capeluto.

La investigadora del IFIBA en UBA-CONICET cuenta que aunque vive en Argentina pasa algunos meses del año en Estados Unidos: “muchos de nosotros hacemos ciencia de este modo, tenemos un fuerte intercambio con otras instituciones alrededor del mundo. Cuando llegan las vacaciones acá, viajo a trabajar en otros proyectos. Es muy enriquecedor, de la colaboración entre personas y temas tan distintos salen trabajos muy interesantes. La experiencia del otro me sirve, así como lo que uno hace puede ser útil a otro, estoy segura de que trabajar de este modo suma”.

En junio de este año las revistas de alto impacto Science Advance y Optica comunicaron la generación de materia con densidad de energía ultra grande, a partir de la radiación de láseres con energía relativista; una investigación del grupo internacional al que Capeluto pertenece, liderado por Jorge Rocca en la Universidad Estatal de Colorado (CSU).

“Utilizamos luz para generar un plasma, es decir, un estado de la materia conformado por  iones -átomos cargados- y electrones libres interactuando por choques. Los plasmas que nosotros estudiamos tienen una densidad de energía mucho mayor que las de otros plasmas conocidos como las auroras boreales, los relámpagos o la corona del sol. Estos  plasmas de ultra alta energía sólo podían encontrarse, hasta el momento, en los experimentos de fusión nuclear y en el interior de algunas estrellas”, especifica Capeluto y aclara “en este momento nos concentramos en usar a estos plasmas como fuentes de rayos X y de neutrones”.

En el laboratorio, los científicos iluminan el material con un láser de potencia tan grande que es capaz de arrancar un electrón y acelerarlo a la velocidad de la luz. La investigadora explica que el truco de este experimento está en la morfología del material, “nanohilos arreglados verticalmente - como si fuera un cepillo-, donde el diámetro de cada nanohilo es mucho más chico que el largo”. Aunque no es la primera vez que se produce plasma usando láseres, sí es novedoso hacerlo en condiciones extremas de presión, temperatura y densidad de energía en un laboratorio universitario.

El logro es considerado mayor si se tiene en cuenta el impacto de hacer experimentos de este tipo en un laboratorio más pequeño, donde por ejemplo permitiría generar fuentes de rayos X de longitud de onda muy corta; generar fuentes de partículas; o estudiar materia en condiciones extremas, similares a las del interior de las estrellas. “Nosotros logramos hacerlo a una escala universitaria, lo que permitiría hacer muchos experimentos que hasta el momento solo podían llevarse a cabo en grandes instalaciones como en la National Ignition Facility”, remarca.

El otro aspecto fundamental es que la investigadora desarrolla los materiales que se usan en los experimentos. “Los fabricamos, a través de distintas técnicas como la electrodeposición, litografía y el etching. El conocimiento desarrollado en Colorado University va a ser implementado en los proyectos del DF para desarrollar dispositivos, aunque con otros intereses. Ahora, también, estamos desarrollando técnicas para fabricar nanoestructuras en silicio, que eventualmente podrían ser usadas para crear cristales fotónicos y otros dispositivos con interés para aplicaciones en el área”.

Prácticas científicas: colaboración

En el ámbito del Laboratorio de Procesado de Imágenes, recientemente la investigadora ha publicado un trabajo en el desarrollo de vórtices ópticos, esa especie de remolino de luz, que al interactuar con la materia pueden transferirle alguna de sus propiedades: “Son muy interesantes porque pueden ser utilizados tanto para manipular a la materia en términos nano o micro, como para codificar información en las comunicaciones”. 

“Presentamos una técnica para generar y medir haces con vórtices ópticos con posibles aplicaciones en la región ultravioleta extremo (EUV) del espectro electromagnético. El dispositivo compacto consiste en una máscara difractiva donde se generan tanto el haz con momento angular orbital como el frente de onda de referencia para medir su fase”, detalla la investigadora y aclara que el diseño de dispositivos ópticos representa un desafío ya que en ese rango electromagnético todos los materiales son altamente absorbentes. 

Por otro lado, en el Departamento de física también se desarrollan líneas de trabajo en torno a los azopolímeros, materiales moldeados mediante la luz. En este caso, Gabriela desarrolla esta investigación en el marco de una colaboración entre el Laboratorio de Procesado de Imágenes y el Laboratorio de Polímeros y Materiales Compuestos: “Como un azopolímero es un material que contiene moléculas de colorantes - está conformado por  azobencenos y cadenas largas de polímeros-, cuando se los ilumina con luz polarizada, se induce un ordenamiento molecular que macroscópicamente se manifiesta como una anisotropía óptica (birrefringencia)”, explica la investigadora y resalta “en algunos casos se puede observar transporte de masa, es decir, el material se mueve al ser iluminado. Estas propiedades hacen que estos materiales sean muy interesantes para aplicaciones como las memorias ópticas, la litografía o para producir movimientos en la nanoescala controlados remotamente por luz”.

Tal como puede leerse en Optical Materials, la publicación fruto del trabajo en colaboración con Silvia Goyanes y Silvia Ledesma: tras diferentes tratamientos ópticos, el material -un film de azopolímero- interactúa con nanotubos de carbono de paredes múltiples para organizarlos en canales o crestas de una red superficial de relieve. Esta organización a gran escala, tiene potencial en aplicaciones de electrónica transparente.

“En este momento en el laboratorio estamos desarrollando pinzas ópticas, son herramientas para manipular nano y micro-partículas a través de las fuerzas ópticas”, concluye la investigadora respecto a sus futuros estudios.