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Logran controlar el paso de luz de cualquier longitud de onda según su ángulo de proyección

Un filtro de luz basado en el ángulo

Onda o partícula, la investigación sobre el comportamiento de la luz sigue aportando sorprendentes descubrimientos. Son tres las características por las que se puede definir la luz: su color (determinado por la longitud de onda), su polarización y su dirección. Hasta el momento había sido posible filtrar la luz tanto por su longitud de onda como por su polarización, pero no por su ángulo de inclinación. Ahora, científicos del MIT han descubierto una forma de filtrar la luz según su dirección, de manera que independientemente del color, sea posible filtrar rayos de luz provenientes de un ángulo específico, mientras que el resto es reflejada. Las implicaciones de este trabajo puede suponer grandes avances en el desarrollo de la energía solar, telescopios, microscopios y filtros de privacidad para pantallas, según explica el propio MIT en su web. En definitiva, todo lo que precise tener un mayor control de la luz.

El sistema consta de unas 80 capas ultradelgadas apiladas, formadas por dos materiales diferentes alternados (capas de vidrio y óxido de tantalio), cuyo espesor está controlado de forma precisa. Según explica Marin Soljačić, profesor de Física del MIT y parte del equipo investigador, «cuando tienes dos materiales, lo habitual es que a causa de la conexión entre ellos se produzcan algunas reflexiones«, sin embargo, en las interrelaciones que han creado entre ambos materiales, no se produce ese «ángulo mágico»,  llamado el ángulo de Brewster, y cuando la luz incide exactamente en un determinado ángulo y con la polarización apropiada, no se produce ningún tipo de reflexión. De esta manera, gracias a la combinación de varias capas con propiedades iguales «la mayor parte de la luz se refleja, a excepción de la que entra en un ángulo concreto«, explica el MIT. Según explica Yichen Shen, otro de los integrantes del equipo, «somos capaces de reflejar la luz proveniente de la mayoría de los ángulos, a través de una banda muy amplia (la de los colores). Básicamente, todo el rango visible de frecuencias.«

En el campo de la energía fotovoltáica solar, se puede aprovechar este tipo de energía para calentar objetos y, al mismo tiempo, hacer que se irradie luz de un color-longitud de onda, determinado. La emisión de ese color en concreto se puede ajustar para que la célula fotovoltaica aproveche al máximo las características de ese color, ya que para que el aprovechamiento de estas posibilidades sea realmente eficiente, hay que poder controlar  selectivamente, la reflexión de la luz, cosa que la estructura de capas alternadas es capaz de hacer.

Otro de los campos que pueden beneficiarse de este descubrimiento es el de la óptica, a través de microscopios y telescopios, para poder visualizar correctamente los objetos que se encuentran cerca de otros de mayor brillo, por lo que quedan eclipsados por la mayor emisión de luz del cuerpo vecino. Ajustando el sistema para detectar la luz proveniente de un ángulo determinado, se pueden estudiar mejor cuerpos celestes tenues cuando tienen en las proximidades otros mucho más brillantes. Igualmente mejorará los filtros de pantallas que se usan para evitar las miradas indiscretas, mostrando una imagen nítida sólo para los que se encuentre en un ángulo determinado de visionado.

Según explican los investigadores, este sistema se puede afinar mucho más con sólo añadir más capas a la estructura. Los experimentos realizados hasta el momento trabajaron con un ángulo de selección de 10 grados. En ese ángulo, el 90% de la luz proyectada en ese ángulo, pasó el filtro. Según los investigadores, sería posible usar otros elementos a parte del vidrio y el tantalio para lograr distintos índices de refracción. Tal como explican, a nivel macroscópico el sistema es equivalente a dejar pasar la luz a través de una persiana de lamas orientables sólo que, en este caso, a un nivel mucho más ínfimo y preciso, que opera en el tamaño de las longitudes de onda.

Imagen: Wikimedia Commons. Autor: Kelvinsong. Dispersión de la luz mediante un prisma.

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