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Fuente:
8259
Fecha:
2010-09-22
Titular:
Una tesis doctoral demuestra la viabilidad de emplear metamateriales para mejorar y diseñar nuevos dispositivos de comunicación
Entradilla:
El ingeniero de telecomunicación Miguel Navarro Cía ha demostrado en su tesis doctoral la viabilidad de emplear metamateriales para la mejora y diseño de nuevos dispositivos de comunicación, como antenas, lentes, filtros y guiado superficial de energía ultra-concentrada.
Texto:
Según informó la UPNA en una nota de prensa emitida ayer, su trabajo ha
cubierto aspectos de física fundamental y de ingeniería y supone un
importante avance, tanto en el análisis profundo de los fenómenos
propios de los metamateriales como en la búsqueda de aplicaciones
prácticas. De hecho, abre posibilidades que hasta la fecha se creían
imposibles, como nuevas lentes ultradelgadas con posible
superresolución y reflexión nula, en contraposición a las lentes
convencionales que siempre reflejan algo de luz.

Los
metamateriales son materiales creados artificialmente y que pueden dar
lugar a propiedades sorprendentes, superiores a las que se pueden
encontrar en la naturaleza, como la refracción negativa y la
invisibilidad. El trabajo de investigación, que ha tenido en cuenta el
fenómeno conocido como transmisión extraordinaria como piedra angular,
ha recibido la calificación de sobresaliente cum laude. “Este fenómeno
consiste en la transmisión de energía a través de una apertura o
conjunto de aperturas muy pequeñas, en superficies metálicas cuyas
dimensiones, en principio, según los fundamentos clásicos, no
permitirían el paso de las ondas electromagnéticas; de ahí el
calificativo de extraordinaria”, explica Miguel Navarro

Dirigida
por el catedrático Mario Sorolla Ayza, del Departamento de Ingeniería
eléctrica y electrónica de la Universidad Pública de Navarra, y el
investigador Miguel Beruete Díaz, la tesis “Transmisión extraordinaria
y modos inducidos geométricamente para metamateriales: desde la física
subyacente hasta las aplicaciones tecnológicas”, ha desvelado la física
fundamental de los metamateriales con índice de refracción negativo,
favorecidos por el fenómeno de transmisión extraordinaria.

“Se
incide en el hecho de que estos metamateriales, beneficiados por la
Transmisión Extraordinaria, se comportan como medios con índice de
refracción negativo, lo cual abre posibilidades de diseño que hasta
hace poco se creían imposibles. Además, son metamateriales con un
comportamiento selectivo en frecuencia, y el filtrado en frecuencia es
el fundamento operativo de una gran cantidad de dispositivos de
comunicaciones”. La frecuencia en la que se trabaja es el rango de las
ondas milimétricas y el terahercio (THz), entre las ondas de
radio-televisión y la luz.

Transferencia a la industria y guiado de energía

En
el transcurso de la investigación de Miguel Navarro se diseñaron,
fabricaron y midieron con éxito dispositivos con propiedades
estructurales (dimensión, peso, etc.) o prestaciones en algunos casos
superiores a otros dispositivos comerciales con las mismas
funcionalidades. “Destacaría las lentes y super-estratos (estructuras
colocadas justo delante o sobre un emisor para mejorar alguna
característica electromagnética), ya que permiten el diseño de
novedosas antenas, un elemento fundamental en cualquier comunicación
inalámbrica”. Los resultados de la tesis permiten ser optimistas en
cuanto al posible éxito de la introducción de esta nueva tecnología en
la industria.

La estructura central empleada en la tesis ha
sido el apilamiento de placas perforadas con Transmisión
Extraordinaria. En el aspecto de la física, los logros obtenidos han
sido la miniaturización de dichas placas, la primera comprobación
experimental de la refracción negativa con bajas pérdidas en
metamateriales con Transmisión Extraordinaria, la primera comprobación
experimental de un nuevo fenómeno de Transmisión Extraordinaria acuñada
en la tesis como Transmisión Extraordinaria Anómala, y el primer
metamaterial con Transmisión Extraordinaria y birrefrigencia anómala
(la onda electromagnética ve un medio con índice de refracción efectivo
negativo o positivo dependiendo de la polarización).

A raíz de
las estancias realizadas en diferentes universidades y de
colaboraciones con otros grupos de investigación de Rusia, Estados
Unidos, Argentina y Reino Unido, los investigadores de la UPNA han
demostrado también experimentalmente resonancias de fase (una
configuración particular de la distribución del campo electromagnético
en estructuras periódicas con periodo múltiple) y han propuesto una
nueva estrategia, basada en metamateriales, para propagar energía a lo
largo de una superficie por debajo del límite impuesto por el fenómeno
de difracción en las frecuencias de terahercio. (La difracción es un
fenómeno característico de las ondas por el cual se curvan y esparcen
cuando encuentran un obstáculo o atraviesan una rendija).

“La
partícula clave para el guiado ha sido el resonador de anillos cortados
complementario, que fue propuesto por primera vez en la tesis del
doctor Francisco Falcone, miembro también del grupo de investigación de
la UPNA. Ese nuevo guiado de energía abre la puerta a una transferencia
efectiva de energía en un rango de frecuencias como es el THz, donde a
día de hoy escasean soluciones, a pesar del fuerte interés científico e
industrial dado su potencial para imagen médica y seguridad, análisis
químico y comunicaciones inalámbricas de alta velocidad”. Su trabajo ha
sido citado recientemente en un artículo de Nature Materials por
científicos de la Universidad de Harvard.

Miguel Navarro Cía,
Ingeniero de Telecomunicación por la UPNA en 2006, es Doctor por dicha
universidad, en la que trabaja como investigador ayudante. Además, es
socio de la empresa de innovación de base tecnológica Tafco
Metawireless S.L., ganadora del premio Ideactiva 2009. Ha sido coautor
de una treintena de artículos en revistas internacionales y ha
presentado 67 comunicaciones en congresos internacionales (13 de ellas
invitadas) y 10 en congresos nacionales. Ha realizado estancias en el
Imperial College London (Reino Unido) y en la Universidad de
Pensilvania (Estados Unidos), bajo la supervisión de reconocidos
expertos mundiales como Sir John Pendry y Nader Engheta, padres de los
metamateriales y de la invisibilidad mediante transformación óptica del
espacio y plasmónica. Es miembro, entre otras entidades, de la Optical
Society of America y del Institute of Electrical and Electronics
Engineers y es revisor de revistas especializadas como Optics Express,
Journal of the Optical Society of America A, Journal of Electromagnetic
Waves and Applications y Journal of Applied Physics.