Como Predecir el Comportamiento de las Ondas Evanescentes

Investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia han descubierto una forma de predecir el comportamiento de las ondas evanescentes durante la transferencia a escala nanométrica de calor por radiación, abriendo el camino al diseño de una nueva gama de nanodispositivos y nanotecnologías, incluyendo tecnologías para la energía térmica solar.

Los dispositivos de tamaño nanométrico presentan un desafío único para cualquier tecnología óptica: no hay suficiente espacio para que la luz viaje en línea recta.

En la escala nanométrica, la energía puede producirse por los fotones de luz radiados entre dos superficies muy cercanas, a veces tan cerca como 10 manómetros, una distancia más pequeña que la longitud de onda de la luz. La luz se comporta de modo muy diferente en la escala nanométrica ya que su longitud de onda se interrumpe, produciendo ondas inestables denominadas ondas evanescentes. La dirección de estas ondas imprevisibles no puede ser calculada, por lo que los investigadores se enfrentan a la desalentadora tarea de diseñar nanotecnologías para que operen en tales condiciones de incertidumbre y a pesar de ello logren aprovechar las ondas de luz.

Para estudiar las ondas evanescentes, el equipo de investigación del Tecnológico de Georgia partió de la transferencia de energía por radiación en la escala nanométrica (entre dos superficies muy cercanas a diferentes temperaturas, por medio de la radiación térmica). Puesto que la dirección de las ondas evanescentes aparentemente es imposible de conocer en términos de la física (se le adjudica pues un valor imaginario), el grupo de Zhang optó por seguir la dirección del flujo de energía electromagnética para predecir su comportamiento, en lugar de la dirección de los fotones.

"Estamos empleando la electrodinámica clásica para explicar el comportamiento de las ondas, no la mecánica cuántica", señala el investigador Zhuomin Zhang. "Estamos prediciendo la propagación de la energía, y no el movimiento real, de los fotones".

El reto de ese trabajo consiste en que la electrodinámica funciona de modo diferente a escala nanométrica, y el equipo del Tecnológico de Georgia necesitó localizar esas diferencias. La ley de Planck, una teoría con más de cien años de antigüedad sobre cómo se radian las ondas electromagnéticas, no se aplica en el ámbito nanométrico debido a que el espacio entre las superficies es más pequeño que la longitud de onda.

El equipo del Tecnológico de Georgia observó que en lugar de la radiación en línea recta normal, la luz era doblada cuando los protones sufrían el efecto túnel a través del vacío entre las dos superficies separadas sólo por una distancia de pocos nanómetros. El equipo también notó que las ondas evanescentes se separaban durante este proceso térmico, permitiéndoles visualizar y predecir el camino de la energía de las ondas.

Entender el comportamiento de tales ondas resulta decisivo para el diseño de muchos dispositivos basados en la nanotecnología.