Miguel Beruete (izq.) y Víctor Pacheco, en el campus de la UPNA.
Un estudio de nanofotónica realizado por investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) ha sido galardonado en el XXXI Simposium Nacional de la Unión Científica Internacional de Radio (URSI, por sus siglas en francés), celebrado en la Universidad Autónoma de Madrid. El autor principal de esta investigación, Víctor Pacheco Peña, ha logrado el Premio Jóvenes Científicos URSI 2016 por su método para evaluar, en tiempo récord, el diseño y la respuesta de nanoantenas, unos dispositivos comparables al tamaño de átomos que se pueden utilizar en biomedicina, seguridad y energías renovables.
El trabajo, titulado “Transformation electromagnetics for nanoantennas and localized emitters” (“Transformación electromagnética para nanoantenas y emisores localizados”), se basa en un reciente artículo publicado en la revista de alto impacto “ACS Photonics”, editada por la American Chemical Society (Sociedad Estadounidense de Química). Los autores del estudio son dos investigadores de la UPNA, el ya citado Víctor Pacheco y Miguel Beruete Díaz (adscrito al Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica y director de la tesis doctoral del anterior), junto a Antonio Fernández Domínguez (Universidad Autónoma de Madrid), Yu Luo (Nanyang Technological University de Singapur) y Miguel Navarro Cía (egresado de la UPNA que trabaja en la Universidad de Birmingham). De hecho, la investigación galardonada es fruto de una estancia predoctoral realizada en la universidad inglesa por Víctor Pacheco bajo la supervisión de Miguel Navarro.
Escala nanométrica
El artículo premiado se encuadra en el campo de la nanofotónica, la ciencia que se ocupa del estudio de las interacciones entre la materia y la luz en la escala nanométrica, equivalente (en unidades de longitud) a la mil millonésima parte de un metro. En concreto, los autores proponen un método analítico para evaluar la respuesta de nanoantenas ópticas de tipo “bowtie” (pajarita, en castellano) al ser activadas por un emisor cercano (como puede ser una molécula fluorescente o un punto cuántico). Este tipo de nanoantenas permite confinar la luz (o más técnicamente, la energía) cerca del vértice, lo que da lugar a unos niveles enormes de intensidad en esa región. Gracias a esta propiedad, se pueden llegar a detectar (técnicamente, sensar) sustancias en concentraciones mínimas, incluso moléculas aisladas colocadas en las cercanías.
Si se recurre a simulaciones electromagnéticas convencionales, el análisis de la antena es complicado y costoso de resolver. La novedad del artículo reside en que supera esta dificultad aplicando las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo mediante la técnica de transformación electromagnética. En dicha técnica, las coordenadas espaciales de la nanoantena se transforman en otras equivalentes, de tal manera que el problema original se simplifica. “La nueva estructura tiene una solución analítica sencilla y de bajo coste computacional, por lo que se puede obtener sin esfuerzo resultados sobre el comportamiento de la nanoantena —señala Víctor Pacheco—. Con el trabajo presentado, se demuestra que el diseño y respuesta de este tipo de nanoantenas puede simplificarse hasta el punto de tener un control total de la respuesta esperada, dependiendo de su geometría, materiales, polarización o tamaño. Esto permitirá realizar diseños ajustados a las necesidades de cada problema particular en un tiempo récord”.
De hecho, como destaca Miguel Beruete, esto da lugar a una línea de trabajo relacionada con la detección (sensado) a nivel nanométrico de moléculas aisladas, con aplicaciones en biomedicina y seguridad (descubrimiento de sustancias peligrosas en concentraciones muy pequeñas) o, incluso más allá, para células solares más eficientes.