Loscientíficos del Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica dela Universidad de Salamanca (ALF-USAL) Laura Rego, Carlos Hernández García,Luis Plaja y Julio San Román lideran la investigación internacional en la quese demuestra por primera vez que la luz puede forzar una torsión sobre sí mismaen ausencia de fuerzas externas, una propiedad nunca antes vista hasta ahora enella. Los resultados del estudio, desarrollado en colaboración con laUniversidad de Colorado y el Instituto de Ciencias Fotónicas de Castelldefels(ICFO), acaban de ser publicados por Science y abren nuevasvías para la experimentación básica en torno a las dinámicas de lasinteracciones entre la luz y la materia.
En palabrasde los científicos a Comunicación USAL, “lo más destacable de este trabajo esque hemos generado haces de luz con una nueva propiedad, el torque de la luz”.Hasta la fecha se conocía que los haces de luz podían ser creados con torsión,es decir, con una estructura en forma de remolino alrededor de su eje depropagación. Los ‘vórtices de luz’ -como se conoce a los haces de luz contorsión- son análogos a los torbellinos que forma el viento y, al igual queestos, son capaces de ejercer fuerzas de rotación sobre los materiales.
El nuevotipo de haz de luz demostrado por la USAL posee, además, la propiedad deacelerar su torsión en el tiempo, como un remolino que acelerase su rotación.No sólo gira por sí mismo, sino que, también es “capaz de aumentar la velocidadde su giro sin ayuda externa, auto acelerándose”, subrayan los autores. Son,por lo tanto, vórtices que ejercen sobre sí mismos un torque, es decir, luz conauto-torque.
Lapropiedad de auto inducirse un giro ha podido ser observada en otros sistemasfísicos. No obstante, los científicos la definen como “algo exótico” que “nuncahasta este momento se había observado en luz”, recuerdan.
Posibles aplicaciones en el ámbito de la tecnología
Los vórtices de luz tienen aplicaciones interesantes endiferentes ámbitos de la tecnología, si bien todavía a nivel experimental.Quizás la más relevante en relación con el estudio publicado es “la posibilidadde transferir giros a la materia”, apuntan desde el Grupo ALF-USAL. La luz conauto-torque es potencialmente útil para comunicar aceleraciones angulares (giros)en corrientes, por ejemplo, dentro de materiales conductores. Dado que loshaces que se han producido son de alta frecuencia, se sugieren aplicaciones deeste tipo en estructuras materiales nanoscópicas.
Se trata, por todo ello, de una nueva herramienta paraestudiar la dinámica de las interacciones entre la luz y la materia, en laescala micro y nanoscópica. El dominio de la dinámica a estas escalas, medianteherramientas como los haces con torque, “es un paso fundamental para eldesarrollo de la tecnología del futuro”, concluyen los científicos.
Colaboración internacional liderada por la Universidad deSalamanca
El estudio es fruto de la colaboración internacional llevadaa cabo junto a la Universidad de Colorado (EEUU) y el Instituto de CienciasFotónicas (ICFO, Castelldefels). En la Universidad de Salamanca se desarrollóel concepto de torque de la luz y gracias a sus simulaciones teóricas diseñaroncómo generar, medir y controlar estos haces de luz.
Por su parte, los colaboradores de la Universidad deColorado -equipo experimental formado Margaret Murnane y Henry Kapteyn,encabezado por Kevin Dorney- realizaron el experimento confirmando laspredicciones teóricas y generando, de esta manera, por primera vez, haces deluz con auto-torque.
Asimismo, la colaboración de los investigadores del ICFOayudó a analizar y comprender las propiedades de estos nuevos haces de luz,mientras que las simulaciones numéricas se llevaron a cabo en el CentroNacional de Supercomputación (supercomputador MareNostrum) y en el Centro deSupercomputación de Castilla y León (SCAYLE).