Noticio

En el CIO, el grupo de Propiedades Ópticas de Superficies, Interfaces, Nanosistemas y Metamateriales (PROSINyM), lleva casi 29 años calculando propiedades ópticas de materiales, usando los dos métodos más precisos que existen a la fecha. El primero se basa en la solución rigurosa de las Ecuaciones de Maxwell que describen la óptica como un fenómeno electromagnético y el segundo usa las soluciones de la Ecuación de Schrödinger para describir a la luz en cualquiera de sus frecuencias o colores como un fenómeno cuántico; podría uno decir que Maxwell define a la óptica y Schrödinger a la fotónica. Este tipo de investigación de frontera, que incluye tanto la respuesta óptica lineal como la respuesta óptica no-lineal, la hemos venido haciendo in crecendo, cada vez utilizando métodos teóricos y numéricos más precisos, muchos de los cuales los hemos desarrollado dentro del grupo, como lo son TINIBAR y PHOTONIC, que son programas computacionales libres basados en Linux.

Como parte de la investigación que utiliza las Ecuaciones de Maxwell y PHOTONIC, se realizan estudios de metamateriales nanoestructurados que consisten en combinar dos tipos de materiales normales que se interpenetran con formas geométricas que se escogen para que la interacción electromagnética entre ellas haga que el metamaterial tenga propiedades ópticas que se pueden diseñar a placer con tan solo modificar la geometría y que superan un sin fin de propiedades ópticas de materiales estándares. El hecho de que sean nanoestructurados, significa que los tamaños de los dos materiales que se utilizan son de unos cuantos nanómetros y se repiten de forma periódica formando un cristal artificial. Un nanómetro es 10-9 metros. Así que estos “Metamateriales nanoestructurados” son manométricos y tienen un gran potencial de aplicaciones en muchos ramos de la tecnología.

Al utilizar TINIBA junto con la Ecuación de Schrödinger se realizan trabajos fundamentales sobre la interacción cuántica de la luz con la materia y los metamateriales que se investigan son estructuras tanto tridimensionales tipo bulto como sistemas bi dimensionales tipo grafito. El grafito, está compuesto por átomos de carbón, que se acomodan en anillos hexagonales que a su vez forma planos bi-dimensionales y estos a su vez se apilan. El grafito es un material natural muy común; por ejemplo, la mina de los lápices está hecha de grafito. Estas capas atómicas bidimensionales están unidas por las fuerzas de Van der Waals (apellido del físico que las descubrió, premio Nobel) que son muy débiles, por lo cual el grafito es fácil de exfoliar, de suerte tal que uno puede llegar al extremo de exfoliar todas las capas del grafito hasta llegar al límite de una sola capa. Esta capa, es un metamaterial que recibe el nombre de Grafeno, y que les dio el premio Nobel a sus descubridores hace unos pocos años. En PROSINyM calculamos las propiedades ópticas de estas estructuras “grafénicas”, obteniendo propiedades extraordinarias, como son la generación de segundo armónico, la producción fotovoltaica y la inyección de espín, entre otras propiedades. Las aplicaciones de estos fenómenos ópticos son también impresionantes.

Recientemente hemos comenzado a incursionar en la Absorción de Dos Fotones, con la idea de ayudar a los colegas experimentales a diseñar técnicas de detección de cáncer.

Estos cálculos los hacemos con Medusa, la supercomputadora que hemos adquirido a través de los años con proyectos de Ciencia Básica e Infraestructura del CONACYT, y con un porcentaje bajo de fondos concurrentes del CIO. Parte de los cálculos los enfocaremos para colaborar con los investigadores recién contratados para el Cuarto Limpio y el Laboratorio de NanoLitografía, con la idea de fabricar los nanomateriales mencionados o de diseñar otro tipo de metamateriales o estructuras grafénicas que puedan tener aplicaciones científicas y/o tecnológicas.

Es así que el impacto social es inminente, siempre y cuando se sigan financiando estos temas de ciencia básica de frontera que están a la vanguardia de la investigación que se hace en países desarrollados y que son imprescindibles para el desarrollo sustentable en nuestro país. El CIO debe de asumir el compromiso de apoyar este tipo de investigación de vanguardia para proyectarla en el futuro de mediano y largo plazo de la institución. Esto se debe de hacer no solo con el pago de la electricidad que consume Medusa y su actualización permanente en hardware, sino, y más importante aún, a través de la contratación de Investigadores jóvenes, para que sigan impulsando uno de los temas más perseguidos en los países desarrollados: el diseño de materiales ópticos a través de cálculos teóricos predictivos, en vez de la búsqueda basada en la prueba del ensayo y el error.