Crean el material más oscuro que existe en la Tierra

"El material más oscuro jamás fabricado" ha sido creado en un laboratorio de Estados Unidos, informa la revista Nanoletters. Se trata de una estructura, una especie de alfombra, formada por nanotubos de carbono pinchados sobre un sustrato, que refleja sólo el 0,045% de la luz que recibe y supone la verificación experimental de un trabajo teórico publicado en 1997 por Francisco José García Vidal, José María Pitarke y John Pendry.

"Es el material más negro que existe, al menos en la Tierra", detalló Francisco García Vidal (Madrid, 1965), catedrático de Física Teórica de la Materia Condensada en la Universidad Autónoma de Madrid, quien comenta sorprendido que los investigadores del Polytechnic Institute de Troy (Nueva York) han mandado su creación al Libro Guinness de los Récords.

"Nunca antes había visto en un artículo científico una referencia al Libro Guinness" afirma, y dice que ha hablado por teléfono con uno de los autores del trabajo, Pulickel Ajayan: "Nos están muy agradecidos; en ciencia es habitual colaborar con otros en la distancia y en el tiempo". Este es el detalle de la nota de "El País" a García Vidal:

Pregunta. ¿Qué son los nanotubos de carbono?

Respuesta. Es como si tomáramos una capa de grafito de un átomo de grosor y la enrollásemos en forma de cilindro, añadiendo sucesivas capas, como las cebollas. Los nanotubos de carbono usados en el experimento tenían un diámetro de 10 nanómetros y 800 micras (800.000 nanómetros) de largo. Son finos, pero muy largos.

¿Por qué es el material más oscuro?

R. Es 200 veces más negro que el carbón. Esto ocurre porque absorbe toda la luz que le llega y no refleja nada. La luz está formada por muchos colores y cuando se ve algo negro es porque no se refleja ninguno de ellos.

¿En qué consistió su predicción teórica de 1997?

R. Por entonces se estudiaban las propiedades ópticas de los nanotubos colocados muy juntos y lo que nosotros nos planteamos es qué pasaría si los separábamos. A partir de cálculos teóricos vimos que cambiaba su reflectancia y su absorción, sus propiedades ópticas eran todavía más interesantes. Lo dejamos publicado en Physical Review Letters y al cabo de 10 años se ha hecho realidad.

¿Por qué se producen estos cambios al separar los nanotubos?

R. Cuando el carbón de color negro recibe la luz, la absorbe en sus primeras capas. La idea es estructurar de nuevo ese carbón, por medio de nanotubos separados, para dejar aire entre ellos y que pueda pasar más luz. Lo que se consigue así es que la luz ya no se absorba en las primeras capas, sino dentro del material. Es como una especie de trampa, una emboscada, en lugar de absorber la luz en la superficie, dejas que pase y la atrapas dentro. De esta forma, se absorbe mucha más.

¿Por qué se han necesitado 10 años para demostrar que estos cálculos eran correctos?

R. Crear este tipo de estructuras supone realmente un desafío tecnológico, hay que tener en cuenta que se trata de alinear billones y billones de tubos muy finos y larguísimos, como un bolígrafo de un centímetro de grosor y un kilómetro de longitud. Muy pocos laboratorios en el mundo pueden lograrlo.

Este material es indetectable. ¿No es así?

R. Si la reflectancia del carbón está en torno al 10%, la de este material es del 0,045%. Esto es bajísimo y, efectivamente, se piensa en utilizarlo, por ejemplo, para aviones invisibles. Aunque se debe tener cuidado, dado que este material absorbe en el rango de frecuencias de lo visible, pero un radar funciona a frecuencias más bajas.

¿Qué posibles aplicaciones tiene?

R. Se habla de células solares. Este sistema absorbe toda la luz y se calienta, si puedes transformar ese calor en energía tendrás una célula solar. También se puede utilizar para aumentar la resolución de los telescopios, porque sirve para bloquear la luz que llega de otros lados.

¿Se pueden conseguir materiales más oscuros?

R. Ajayan me asegura que existe aún un margen de mejora increíble. La clave está en que los nanotubos de carbono se encuentren muy diluidos.

¿No le importa que sean otros los que saquen partido a sus ideas?

R. A mí me gusta trabajar más desde el punto de vista fundamental. Lo de las aplicaciones nunca sabes por dónde va a salir. De hecho, cuando hicimos los cálculos teóricos nunca pensamos que éste fuera a ser el material más negro jamás fabricado. Empiezas una investigación porque te parece interesante o porque supone un desafío desde el punto de vista teórico, como en este caso, que requería de un cálculo numérico muy sofisticado. Pero no por las aplicaciones. Hay que dividirse el trabajo. Lo triste quizá es que las aplicaciones te vengan desde Estados Unidos y no desde aquí.

¿Con su grupo de la Autónoma ha trabajado también en la transmisión de la luz a través de agujeros mucho más pequeños que la longitud de onda, algo que se suponía imposible?

R. Sí, en colaboración con Luis Martín Moreno, de la Universidad de Zaragoza, descubrimos por qué si a un metal se le hacían pequeñísimos agujeros, se volvía transparente para ciertas longitudes de onda. Por los plasmones superficiales. Ahora, en lugar de un conjunto de agujeros, trabajamos más en el estudio de una estructura llamada ojo de buey, un único agujero rodeado de trincheras (o surcos) concéntricas. Hemos visto que cuando incide la luz, parte se mete por el agujero y la otra va a las trincheras, pero éstas se comportan como un embudo que la conduce también al agujero. Queremos llevar este tipo de ideas a otras áreas de la física, hemos descubierto que estos fenómenos también pueden aparecer con el sonido. A partir de agujeros más pequeños que su longitud de onda se puede conseguir aumentar la transmisión de sonido y colimarlo en una única dirección.

¿Para qué servirá esta vez?

R. En sonido, una de las posibles aplicaciones sería utilizar este fenómeno en ultrasonidos en medicina, pero nunca se sabe. Basado en la estructura ojo de buey, un grupo japonés de la empresa NEC consiguió crear el fotodetector más rápido del mundo. Y tampoco lo habíamos previsto. Pero luego hay gente alejada miles de kilómetros de ti que con tus ideas descubre aplicaciones que tú ni sospechabas.

Fuente: Clemente Alvarez (El País)