Un estudio liderado por Mario Molina Gálvez, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la U. de Chile, logró avances en el control de ondas de luz y energía en materiales artificiales, en el marco de un proyecto Fondecyt. Los hallazgos abren proyecciones para la computación óptica, los láseres avanzados y el desarrollo de dispositivos más eficientes para energías renovables.
En la física no lineal, pequeños cambios pueden generar efectos inesperados. En ese campo se sitúan los resultados obtenidos por el académico de la U. de Chile, quien investigó cómo se comportan la luz y la energía en redes complejas, desde circuitos eléctricos hasta materiales diseñados artificialmente.
La investigación se desarrolló en el proyecto Fondecyt Bound states in the continuum and hermitian and non-hermitian disordered lattices y permitió profundizar en tres hallazgos clave: el confinamiento de energía sin barreras físicas, el control estable de la luz en sistemas con pérdidas y ganancias de energía, y la propagación de señales en estructuras desordenadas con correlación interna.
Atrapar energía sin barreras físicas
Uno de los principales resultados del estudio mostró que es posible crear estados localizados de energía en los que las ondas, en lugar de dispersarse, permanecen confinadas en una zona específica del sistema. Esto contradice la idea tradicional de que la energía siempre tiende a expandirse hasta desaparecer.
El mecanismo detrás de este fenómeno es la interferencia: al diseñar redes donde las ondas se anulan en el exterior y se refuerzan en un punto común, la energía puede quedar atrapada por su propia dinámica, sin necesidad de barreras materiales.
El investigador aplicó este principio a redes eléctricas bi-inductivas. “Este avance podría permitirnos crear filtros eléctricos ultraprecisos capaces de bloquear o permitir el paso de energías específicas con solo ajustar el espaciado entre las componentes de la red”, explica.
Controlar la luz en sistemas complejos
Otro de los avances del proyecto se relaciona con sistemas que pierden y ganan energía de manera simultánea. En condiciones normales, ese intercambio vuelve inestable el comportamiento de las ondas. Sin embargo, el estudio mostró que, bajo ciertas condiciones, estas pérdidas y ganancias pueden equilibrarse mediante la simetría PT (paridad e inversión temporal).
Ese balance permitió estudiar cómo la luz puede propagarse de manera estable en redes ópticas microscópicas, un resultado relevante para futuras aplicaciones tecnológicas. “El objetivo es controlar el transporte de luz para sentar las bases de computadores ópticos, capaces de procesar información mucho más rápido que los actuales”, señala el académico.
Cuando el desorden también permite el paso
El proyecto también abordó un problema clásico de la física de materiales: en sistemas desordenados, la energía tiende a quedar atrapada localmente, un fenómeno conocido como localización de Anderson. No obstante, el estudio mostró que, si ese desorden tiene una correlación interna, la señal puede encontrar caminos para propagarse.
En términos simples, incluso en materiales que no son perfectos, puede existir una estructura suficiente para permitir el flujo de energía. Este hallazgo es especialmente relevante para el diseño de dispositivos fotovoltaicos y láseres aleatorios, donde el desorden suele formar parte de las propiedades del sistema.
“Podríamos propagar señales a distancia en ciertos sistemas desordenados, lo que podría servir para optimizar el funcionamiento de láseres aleatorios o mejorar el rendimiento de dispositivos de energías renovables”, concluye Molina.
Con estos resultados, la investigación aporta nuevas herramientas para comprender y controlar el comportamiento de la luz y la energía en medios complejos, un campo con potencial para incidir en el desarrollo de tecnologías ópticas, electrónicas y energéticas de nueva generación.