Los textos elementales nos enseñan que los frentes de onda de la luz al encontrarse con un obstáculo invaden en cierta forma la zona de sombra que determina la óptica geométrica. Este fenómeno es denominado difracción y se la llama de Fraunhoffer o de Fresnel según que los efectos sean estudiados lejos o cerca del obstáculo respectivamente¹. El tema es uno de los clásicos de la teoría electromagnética y se han inventado y ensayado numerosos e ingeniosos métodos para la resolución de los diferentes casos.

Uno de los ejemplos típicos está dado por una abertura circular practicada en una pantalla opaca; cuando es iluminada se observa que la luz incidente forma al ser recogida en otra pantalla un diagrama de difracción. Ahora bien, en dos siglos de investigaciones siempre se consideró, y se observó, que la cantidad de luz que llegaba al orificio era la misma que se podía recoger tras él. Informaciones, que no podemos calificar como de último minuto pero que son relativamente nuevas, nos dicen que en ciertas condiciones ocurren efectos no contemplados por las teorías anteriores. Veamos un poco la historia del asunto.

En una comunicación publicada en la revista Nature en 1998, los miembros de un equipo internacional de investigadores, dirigido por T.W. Ebbesen de Estados Unidos, informaron sobre el siguiente experimento. Se deposita una delgada lámina de plata (aproximadamente de unos 200 nm de espesor) sobre cuarzo y se practican en ella agujeros de 150 nm de diámetro, separados entre 0,6 y 1,8 mm, dispuestos sobre una red plana cuadrangular en algunos casos y hexagonal en otros. Admirablemente cuando se hace incidir luz en forma perpendicular a este dispositivo se advierte que para algunas longitudes de onda el factor de transmisión es mayor que uno, y a veces mucho mayor. Vale decir que se observa detrás del dispositivo más luz de la que incide en las perforaciones2.

Ebbesen se percató del efecto más de diez años atrás trabajando en los laboratorios de la NEC Research en Japón experimentando con arreglos de algo así como 100 millones de pequeños orificios. Para su sorpresa pudo ver a través de la criba, en contra de lo que se podía esperar de acuerdo a las teorías ópticas. Luego prosiguió con su grupo de investigación durante la década siguiente estudiando en todo detalle el fenómeno, y sin darlo a conocer en público, hasta que lograron desarrollar las técnicas para hacerlo de fácil manejo, junto con una explicación teórica cabal, y por supuesto la respectiva patente3.

La explicación fue dada por Peter A. Wolff del MIT. Consiste en que los fotones incidentes sobre el metal son conducidos hacia los agujeros por los plasmones de superficie (perturbaciones consistentes en movimientos colectivos de los electrones del conductor). Por lo tanto pasan por los orificios no sólo los fotones encaminados a ellos sino también parte de aquellos que inciden sobre la lámina y que hubiesen debido ser reflejados o absorbidos. El mecanismo que explica este comportamiento no es por supuesto sencillo y requiere el uso de conceptos avanzados.

Entre las aplicaciones se cuenta el uso en microcircuitos pues permitiría una mayor resolución entre trazas que los métodos actuales. También se planea aplicar el fenómeno en los paneles de display, dado que las cribas son selectivas de la luz según los colores.

No está de más remarcar que en este caso la tan mentada ciencia pura, universal, desinteresada, fraternal, quedó esta vez un tanto relegada, pero este no es más que un ejemplo de una práctica intrínseca al actual sistema científico-tecnológico: los resultados susceptibles de rápida y lucrativa aplicación en el mercado son mantenidos por las grandes corporaciones en reserva hasta tanto no se tenga una apreciable ventaja sobre los competidores y se esté en condiciones de poder retener los derechos. Ello no quita, por supuesto, que otros científicos más románticos, menos inclinados al vil metal, comuniquen sus descubrimientos apenas los logran, aún sin contar con los medios y los contactos necesarios para aplicarlos industrialmente. Bienaventurados sean, más el reino de los negocios tecnológicos no será de ellos ni de quienes financian sus investigaciones. Todo lo cual conduce al tratamiento del siempre postergado tema de la imprescindible necesidad de unir universidad e industria en investigaciones convergentes.

Citas:

1 Véase la presentación elemental por ejemplo en Paul Tipler, “Física”, (Editorial Reverté). Para un tratamiento más completo se puede acudir a la obra de Eugene Hecht y Alfred Zajac, “Óptica”, (Fondo Educativo Interamericano) o bien al libro de Robert Guenther , “Modern Optics”, (John Wiley). Los dos últimos textos traen bibliografías muy extensas sobre el tema.

2 T.W. Ebbesen, H.J. Lezect, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, “Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays”, Nature, 391, 667 (1998).

3 Scientific American, July 1999, Page 24.

Una novedad en la difracción de la luz