Imagine un chip tan delgado que apenas puede ver nada, hasta que le arroja una luz distorsionada. Los científicos han desarrollado una metasuperficie que puede ocultar y revelar dos imágenes distintas basadas en la polarización de la luz.

Esta tecnología utiliza nanoestructuras cuidadosamente dispuestas no sólo para engañar a la vista, sino que también abre la puerta a la próxima generación de tecnologías de cifrado, biodetección y cuánticas. Desde marcas de agua invisibles hasta pruebas de pureza de medicamentos, este dispositivo plano explota la física fundamental de la lateralidad para descubrir secretos ocultos durante mucho tiempo de la naturaleza y la ciencia.

Intentar ponerse un guante en la mano izquierda y en la derecha no funcionará porque las dos son imágenes especulares: se ven similares pero no están alineadas en la misma dirección. Este concepto, conocido como "quiralidad", es un principio clave en biología, química y ciencia de materiales. En la naturaleza, la mayoría de las cadenas de ADN y los azúcares son diestros, mientras que la mayoría de los aminoácidos son zurdos. Si se invierte la lateralidad de una molécula, deja de funcionar correctamente. Los nutrientes pueden volverse ineficaces y los medicamentos pueden perder sus beneficios o incluso volverse peligrosos.

La luz también tiene cierta lateralidad. Cuando la luz está polarizada circularmente, su campo eléctrico gira a medida que se propaga hacia adelante, formando una espiral hacia la izquierda o hacia la derecha. Los materiales quirales responden de manera diferente a cada polarización de la luz. Al hacer brillar luz polarizada circularmente sobre una sustancia y medir la absorción, reflexión o retardo de cada hélice, los científicos pueden aprender sobre la propia quiralidad de la sustancia. Pero debido a que estas interacciones son extremadamente sutiles, controlar con precisión la quiralidad ha sido un desafío de larga data.

Superátomos con orientación diferente en metasuperficies quirales. Fuente de la imagen: Laboratorio de sistemas bionanofotónicos de la EPFL 2025 CC BY SA 4.0

Ahora, científicos del Laboratorio de Sistemas BioNanofotónicos de la Escuela de Ingeniería de la EPFL, en colaboración con científicos de Australia, han creado una estructura óptica artificial llamada "metasuperficie": una red bidimensional de elementos diminutos (superátomos) cuyas propiedades quirales se pueden ajustar fácilmente. Al cambiar la orientación de los metaátomos dentro de la red cristalina, los científicos pueden controlar cómo la metasuperficie resultante interactúa con la luz polarizada.

"Nuestro 'kit de herramientas de diseño quiral' es elegante en su simplicidad, pero más poderoso que los métodos anteriores para controlar la luz a través de geometrías superatómicas muy complejas. En cambio, explotamos la interacción entre formas superatómicas y simetrías reticulares de metasuperficies", explica Hatice Altug, directora del Laboratorio de BioNanofotónica.

La innovación, publicada en la revista Nature Communications, tiene aplicaciones potenciales en cifrado de datos, biodetección y tecnología cuántica.

Se codifican simultáneamente dos imágenes diferentes en una metasuperficie optimizada para el rango invisible del infrarrojo medio del espectro electromagnético. Fuente de la imagen: Laboratorio de sistemas bionanofotónicos de la EPFL 2025 CC BY SA 4.0

La metasuperficie del equipo, hecha de germanio y difluoruro de calcio, exhibe una disposición en gradiente de superatomos cuya orientación cambia continuamente a lo largo del chip. La forma y el ángulo de estos metaátomos, así como la simetría de la red, trabajan juntos para modular la respuesta de la metasuperficie a la luz polarizada.

En un experimento de prueba de concepto, los científicos codificaron simultáneamente dos imágenes diferentes en una metasuperficie optimizada para la banda invisible del infrarrojo medio del espectro electromagnético. En la primera imagen de una cacatúa australiana, los datos de la imagen se codificaron en tamaños superatómicos (que representan píxeles) y se decodificaron utilizando luz no polarizada. La segunda imagen codifica la orientación de los metaátomos de modo que cuando se expone a luz polarizada circularmente, la metasuperficie parece parecerse al icónico Matterhorn suizo.

"Este experimento demuestra la capacidad de nuestra tecnología para generar una 'marca de agua' de doble capa invisible para el ojo humano, allanando el camino para aplicaciones avanzadas de seguridad, camuflaje y antifalsificación", afirmó Ivan Sinev, investigador del Laboratorio de Sistemas BioNanofotónicos.

Además del cifrado, el método del equipo tiene aplicaciones potenciales en tecnologías cuánticas, muchas de las cuales dependen de la luz polarizada para los cálculos. La capacidad de mapear respuestas quirales en grandes áreas de superficie también podría simplificar la biodetección.

"Podemos utilizar superestructuras quirales como la nuestra para detectar información como el contenido de fármacos o la pureza en muestras de pequeño volumen. La naturaleza es quiral y la capacidad de distinguir moléculas diestras y zurdas es fundamental porque puede diferenciar entre fármacos y toxinas", dijo Felix Richter, investigador del Laboratorio de Sistemas BioNanofotónicos.

Compilado de /scitechdaily