Miguel Beruete (al fondo) y Víctor Pacheco, autores de la investigación, en el campus de Arrosadia de la UPNA.

Miguel Beruete Díaz, investigador del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), ha diseñado una lente que permite capturar imágenes de objetos mucho menores que la longitud de onda, con una resolución hasta cinco veces mejor que la actual. Este avance ha sido posible gracias a unas mejoras introducidas en el nanojet fotónico, un haz de luz que se proyecta sobre la partícula que se quiere observar. Esta herramienta, en cuyo desarrollo ha trabajado con Víctor Pacheco-Peña (doctor en Ingeniería de Telecomunicación por la institución académica navarra e investigador de la Universidad de Newcastle, en el Reino Unido), es de utilidad para aplicaciones como la imagen, la microscopía y los dispositivos de detección. Este desarrollo ha sido publicado por la revista “Journal of Applied Physics”, editada por el Instituto Americano de Física (AIP, por sus siglas en inglés). Además, la publicación divulgativa “Physics World”, de la sociedad científica británica Institute of Physics, se ha hecho eco de este artículo con la inclusión de una reseña.

Los dos investigadores han trabajado en la banda de ondas milimétricas, aquellas ondas electromagnéticas comprendidas entre los 30 y los 300 GHz (gigahercios) y que presentan una longitud de onda de uno a diez milímetros. En concreto, la estructura que Beruete y Pacheco han diseñado funciona a una longitud de onda de seis milímetros.

Para obtener imágenes en este espectro de luz no visible, existen diversas herramientas. Una de ellas, que se ha mostrado útil en este desafío de distinguir objetos mucho menores que la longitud de onda, es el nanojet fotónico (o PNJ, por sus siglas en inglés). “Se trata de un haz de luz extremadamente estrecho e intenso que se proyecta sobre una partícula y su entorno circundante”, indica Miguel Beruete.

Medio poco convencional

A la izquierda, el nanojet fotónico se proyecta sobre una esfera, en cuya parte posterior se sitúan las dos esferas de oro. A la derecha, las imágenes obtenidas de las distancias entre las dos esferas.

Miguel Beruete y Víctor Pacheco recurrieron a un material poco convencional, en este contexto, para proyectar sobre él el citado chorro de luz: una partícula de dióxido de titanio rodeada de aire. “El material fue elegido específicamente por su índice de refracción muy alto, alrededor de 9,95, cuando los nanojets fotónicos tradicionales se producen en partículas que tienen un índice más bajo —alrededor de 2—. Estos números, si son muy altos, indican que se trata de un medio poco convencional. Además, se trata de un material eficiente, con muy pocas pérdidas, porque no disipa la luz recibida en forma de calor”, añade.

En su trabajo, ambos investigadores realizaron simulaciones matemáticas para estudiar qué forma debía adquirir dicho material para poder detectar objetos menores que la longitud de onda. Inicialmente, probaron con un cilindro, en cuyo interior quedaba atrapado el haz de luz, en lugar de emerger a la superficie, como ocurre con los nanojets fotónicos generados en partículas con un índice de refracción más bajo. A continuación, estudiaron este fenómeno con una esfera partida por la mitad, con dimensiones equivalentes a las de un cilindro, y colocaron debajo dos pequeñas esferas de oro (“un metal que refleja mucho la luz”).

“Al proyectar el haz de luz, las esferas de oro se escanean a lo largo de la superficie de la media esfera, lo que produce una imagen similar a la de un microscopio de barrido —señala Miguel Beruete—. Después de probar esferas de oro con varias separaciones, se distinguían claramente dichas esferas con separaciones tan pequeñas como 0,06 veces la longitud de onda, una resolución cinco veces mejor que la de los sistemas de imagen que capturan los nanojets fotónicos tradicionales. Este estudio muestra un futuro prometedor para los nanojets fotónicos en sistemas de detección e imagen con un nivel de detalle por debajo de la longitud de onda”.