Dan el primer paso para crear un "láser de sonido"
El trabajo fue destacado elogiosamente en Nature
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LA NACIONNora Bär
Hace más de cuatro décadas, cuando Theodore Maiman fabricó por primera vez un láser , los físicos adquirieron perfiles de héroe de ciencia ficción: habían logrado nada menos que ordenar los fotones de un haz de luz, obligándolos a viajar en una misma dirección oscilando al unísono, como un ejército bien disciplinado.
El láser, hoy, ya pasó a formar parte de nuestro bestiario tecnológico cotidiano y perdió algo de su halo de misterio. Se fabrica en tamaños que van desde fracciones de milímetros, como los que hay en las lectoras de CD, hasta algunos metros, como los que se encuentran en los laboratorios de investigación.
Pero ahora los científicos intentan hacer algo, si cabe, aún más fantástico: quieren construir un láser... de sonido. E investigadores argentinos acaban de dar el primer paso.
"La teoría predice que hacer un láser de sonido es posible -explica Alejandro Fainstein, físico del Laboratorio de Propiedades Opticas del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro-. Y nosotros logramos diseñar un condimento importante, que es la base de los láseres: la cavidad resonante, donde se amplifican las ondas, lumínicas o acústicas. Además, pudimos producir algo que se conoce como hipersonido ; es decir, un sonido de millones de millones de Herz."
Pero empecemos por el principio. El láser consiste básicamente en una fuente de luz y esa cavidad resonante. "El fenómeno de resonancia es conocido en varios ambientes -puntualiza Fainstein-. Por ejemplo, los regimientos de soldados no pueden pasar marchando en ritmo a través de un puente, porque si este paso coincide con una frecuencia de vibración propia del puente (como tienen las cuerdas de una guitarra), el puente empieza a vibrar cada vez más fuertemente y, por el fenómeno de resonancia, incluso puede llegar a destruirse. En una cavidad ocurre lo mismo: la luz -de una determinada frecuencia de onda- entra y se intensifica fuertemente en el interior. Se dice que resuena."
Las cavidades son una parte esencial, por ejemplo, de los instrumentos de orquesta. En un láser usual, la cavidad se hace enfrentando dos espejos y ubicando entre medio el material que emite luz, que queda rebotando entre los espejos y pasando por el material muchas veces antes de salir. Este pasaje repetido, que estimula la generación de más luz del mismo color y dirección, es la base de lo que conocemos como láser.
Para crear una cavidad capaz de hacer resonar convenientemente ondas acústicas, los investigadores del Balseiro debieron ingresar en los submundos de la materia. Construyeron un compuesto depositando, una sobre otra, como las tapas de un sándwich, más de 40 lilliputienses capas de materiales semiconductores alternados, de 30 átomos de espesor. En total, todo el arreglo alcanzó un espesor de alrededor de apenas 100 nanómetros, o cien millonésimas de milímetro .
Pioneros
Luego, demostraron por primera vez que es posible llegar a confinar luz y sonido en cavidades infinitamente pequeñas. "Obtuvimos una estructura en la que pudimos inyectar luz y generar sonido -ilustra Fainstein-, los confinamos e intensificamos en el interior, y finalmente metimos todo eso en una cavidad de luz. Esto nos permitió aumentar enormemente, entre 10.000 y 100.000 veces, la interacción entre la luz y el sonido, y luego producir un sonido de una frecuencia altísima a partir de la luz."
¿A qué se refieren los científicos cuando hablan de frecuencia altísima ? ¡A millones de millones de Herz!
Un sonido de características tales es imposible de escuchar para cualquier ser vivo, por lo que tiene que ser detectado por dispositivos de medición. Según Fainstein, las aplicaciones del hipersonido no sólo son inaudibles, sino también inimaginables. De hecho, pueden ser tan variadas -y difíciles de prever- como las que se les encontraron con el correr del tiempo a los hoy cotidianos láseres de luz.
"Una aplicación inmediata -medita el científico- podría ser la nanoscopía , algo similar a la ecografía (que también utiliza sonido para construir una imagen), pero con una resolución inmensamente mayor."
Por otro lado, agrega, dado que en los dispositivos electrónicos es de extrema importancia la interacción entre los electrones (que llevan la corriente y la información) y las vibraciones relacionadas con el sonido, las cavidades nanométricas desarrolladas por el grupo del Balseiro podrían servir para optimizar su performance o incluso dar lugar a nuevas funciones.
Para John Worlock y Michael Roukes, que comentan en Nature el trabajo del equipo del Balseiro publicado en Physical Review Letters, este logro "permite imaginar nuevos dispositivos para la generación y manipulación de sonido de altísima frecuencia".
Pero si bien el trabajo de los investigadores argentinos es un primer paso hacia una meta que ya seduce a importantes grupos internacionales, ellos son conscientes de que aún resta mucho camino por recorrer.
"En todo caso -concluye Fainstein-, lo que hemos hecho es sólo parte de la historia, enmarcada en el trabajo de otra gente en el mundo. Mucho queda aún por hacer hasta ver las aplicaciones que uno imagina. Seguramente surgirán otras cuestiones interesantes que hoy no podemos imaginar, y que constituyen parte importante de la motivación para hacer ciencia."
Talento de exportación
El Instituto Balseiro se encuentra en un paraje idílico frente al Lago Nahuel Huapi, en Bariloche.
En 1961, a cinco años de su creación por un convenio entre la Comisión Nacional de Energía Atómica y la Universidad Nacional de Cuyo, el doctor José Antonio Balseiro afirmó: "... Un instituto de esta naturaleza no se justifica solamente porque enseña; ... enseñar para ser físico significa enseñar a ser investigadores y no se puede enseñar a ser investigadores si no se investiga. La investigación es una disciplina que se aprende al lado de aquel que sabe hacerlo".
Hoy, el Balseiro alberga varios de los laboratorios de física experimental más importante del país.
El trabajo sobre confinamiento de luz y sonido, comentado con el título de Son et lumiére , en la sección News and Views, de Nature, fue realizado por el equipo de nanociencia, un grupo interdisciplinario e incluye a más de una treintena de investigadores que trabajan en áreas tan diversas como el magnetismo, la superconductividad, los semiconductores, las superficies nanoestructuradas, y las biomoléculas.
El primer autor, Mariano Trigo, realizó éste y otros trabajos de alto impacto mientras aún era alumno de licenciatura del Balseiro. Hoy, Trigo está haciendo su doctorado en el Laboratorio de Ann Arbor, de la Universidad de Michigan, Estados Unidos.
Por Nora Bär
