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Thursday, April 6, 2017

Weekly TIP ISC: Investigadores de la UPNA desarrollan una capa de invisibilidad ultra fina que opera en la banda de terahercios

La capa desarrollada es mucho más compacta que otros diseños y podría tener aplicaciones en medicina, seguridad y sensado. Por Miguel Beruete

El investigador del Instituto de Smart Cities, Miguel Beruete, junto con el recientemente egresado Bakhtiyar Orazbayev (actualmente en la École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL) en colaboración con Andrea Alù y Nasim Mohammadi Estakhri de la University of Texas at Austin han demostrado experimentalmente una capa de invisibilidad ultra fina que opera en la banda de terahercios. La capa consiste en una fina lámina de silicio de tan solo 0,2 mm de espesor sobre la que se imprimen por fotolitografía anillos metálicos coaxiales con radios que varían entre 0,03 y 0,18 mm. 

Imagen 1
Recreación artística de la capa de invisibilidad recubriendo una protuberancia triangular. La luz incidente se refleja como si la protuberancia fuera plana

La capa de invisibilidad se ha publicado en la prestigiosa revista Advanced Optical Materials [1]. Este trabajo es la continuación de uno anterior en el que se sentaron las bases teóricas del funcionamiento de la capa [2] y complementa otro resultado sobre capas de invisibilidad en medios difusos e iluminación transitoria, desarrollado también por Bakhtiyar Orazbayev y Miguel Beruete en colaboración con investigadores de la Universitat Politècnica de València [3].

El principio de operación de la capa diseñada consiste en modificar la onda reflejada por un objeto situado sobre el suelo de manera que la luz se refleje como si el suelo fuera completamente liso, haciendo el objeto invisible para un observador externo. En el caso del artículo publicado por los autores se usa una protuberancia con forma de triángulo bajo la cual se puede insertar cualquier objeto haciendo que permanezca oculto a un observador exterior. A diferencia de las capas de invisibilidad más comunes investigadas hasta la fecha, voluminosas y complejas o limitadas a ocultar objetos muy pequeños, el diseño propuesto es extremadamente fino, robusto y simple en su concepción.

Este trabajo supone la demostración experimental de una idea revolucionaria en la banda de terahercios y un hito más en la investigación sobre metamateriales, campos en los que el grupo de Miguel Beruete tiene una larga y dilatada experiencia. Hasta el momento han desarrollado multitud de lentes metamaterial (llamadas metalentes) con prestaciones superiores a las lentes convencionales, antenas con respuesta mejorada gracias al uso de metamateriales, polarizadores basados en metamateriales, además de las mencionadas estructuras de invisibilidad.

Cabe destacar que Miguel Beruete y sus colaboradores son pioneros en la aplicación de estructuras metamateriales para el sensado de alta precisión en la banda de terahercios, que últimamente está atrayendo una enorme atención de la comunidad científica gracias a las propiedades de esta radiación capaz de detectar objetos muy pequeños de manera no dañina para los organismos biológicos.

Fruto de las actividades de investigación en metamateriales y terahercios, el grupo de Miguel Beruete ha sido galardonado con diferentes premios en los últimos años: Premio ”CST University Publication Award” en los años 2016, 2012 y 2005 de la empresa CST GmbH al mejor artículo científico empleando CST Microwave Studio, Premio Jóvenes Científicos URSI 2016 ganado por Víctor Pacheco Peña, 2º premio Yarman-Carlin en la conferencia Mediterranean Microwave Symposium 2014 al mejor artículo de estudiante, premio “Disruptive Concept Award” de la Conferencia RADAR 2014, ambos para el estudiante de doctorado Pablo Rodríguez Ulibarri, 3er puesto en los Premios Liberalización de las Telecomunicaciones 2016 (modalidad de Sistemas de Telecomunicación) al mejor Trabajo Fin de Grado, ganado por la estudiante Irati Jáuregui López.

Imagen 2
Principio de operación de la capa de invisibilidad. En el panel de arriba se muestra una protuberancia triangular hueca que permite insertar un objeto (un coche en este caso). Un observador externo ve la protuberancia sin problema y, si esta fuera transparente, el coche en su interior. En el panel de abajo se ha recubierto la protuberancia por la capa de invisibilidad (técnicamente llamada metasuperficie de invisibilidad) que refleja la luz exactamente igual que si no hubiera protuberancia. Un observador externo es incapaz de ver la protuberancia y, por tanto, tampoco ve el objeto en su interior

[1]         B. Orazbayev, N. Mohammadi Estakhri, A. Alù, and M. Beruete, “Experimental Demonstration of Metasurface-Based Ultrathin Carpet Cloaks for Millimeter Waves,” Adv. Opt. Mater., vol. 5, no. 1, p. 1600606, Jan. 2017.

[2]         B. Orazbayev, N. M. Estakhri, M. Beruete, and A. Alù, “Terahertz carpet cloak based on a ring resonator metasurface,” Phys. Rev. B, vol. 195444, pp. 1–5, 2015.

[3]         B. Orazbayev, M. Beruete, A. Martínez, and C. García-Meca, “Diffusive-light invisibility cloak for transient illumination,” Phys. Rev. A - At. Mol. Opt. Phys., vol. 94, no. 63850, 2016.



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