Hasta hace muy poco pensaban que era imposible, pero por primera vez
un equipo internacional de expertos ha sido capaz de generar y medir un
pulso láser de attosegundo –la trillonésima parte de un segundo– aislado
y con polarización circular. Este logro, publicado en la prestigiosa
revista científica Nature Photonics por el Grupo de Investigación en
Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca
(ALF-USAL) (España) en colaboración con científicos de Taiwán y Estados
Unidos, supone tener un control de la luz más preciso y abre nuevas
posibilidades de interactuar con la materia, con potenciales
aplicaciones para campos muy diversos, como el desarrollo de fármacos y
todo tipo de tecnología.
Representación gráfica del pulso láser de attosegundo aislado y con polarización circular. (Foto: DICYT)
“Hemos hecho ingeniería óptica”, explica a DiCYT el investigador del grupo ALF-USAL Carlos Hernández García, “porque la clave ha sido combinar dos técnicas ya existentes para lograr un resultado distinto”. Por una parte, está la generación de pulsos ultracortos (llamados así por su escasa duración, en el orden de los attosegundos) a partir de láseres infrarrojos, conseguida a principios de siglo. Por otra, utilizan también la generación de radiación láser de alta frecuencia con polarización circular, que combina varios haces de luz láser, una técnica desarrollada por los mismos investigadores durante los últimos tres años.
La polarización es la dirección en la que oscilan las ondas
electromagnéticas que componen la luz. Un ejemplo cotidiano de su
importancia son las gafas de sol polarizadas, que filtran reflejos
indeseados de la luz ya que sólo dejan pasar aquella que oscila en una
determinada dirección. Generalmente la polarización es lineal,
horizontal o vertical, aunque “también la dirección del campo puede
describir trayectorias elípticas o circulares al propagarse”.
Cuando se había intentado producir pulsos láser ultracortos con esta
polarizaciones, nunca se había podido conseguir un solo pulso, si no una
cadena de ellos. Haciendo un símil con una cámara de fotos, nunca se
había logrado un solo disparo con un tipo de polarización distinta a la
lineal; para lograrla era necesario emitir una ráfaga, un tren de pulsos
de attosegundo.
No obstante, “la polarización circular no es más que polarización
lineal que en cada instante del tiempo va cambiando de dirección”,
apunta Carlos Hernández García. “Si sabemos producir pulsos con
diferentes polarizaciones lineales, sólo tenemos que retrasar unos con
respecto de otros para lograr la polarización circular. Ese es el
fundamento de esta nueva técnica, que fusiona las otras dos y que nos
permite producir un solo pulso láser con 'polarización a la carta'”.
“Hasta ahora tenías dos opciones: o aislabas pulsos de attosegundo con polarización lineal o tenías trenes de pulsos de attosegundo con polarización circular. Las dos cosas no podían ser, pero por fin hemos logrado aunarlas”, destaca Luis Plaja, líder del grupo ALF-USAL. “La novedad es que unimos dos mundos que hasta ahora eran diferentes”, añade.
Mientras que los investigadores de Taiwán se ocuparon de la parte
experimental, la Universidad de Salamanca se centró en la simulación
teórica que explica el fenómeno. “Conseguimos proponerles la receta de
cómo hacer el experimento para obtener la polarización deseada con el
pulso de attosegundo”, afirma Laura Rego, estudiante de doctorado que ha
tomado parte activa en dichas simulaciones. La colaboración fue muy
estrecha, con constantes intercambios de información.
Aunque se trata de investigación básica, existe un gran interés
por el desarrollo de este campo, porque abre las puertas a muchas
aplicaciones en varias disciplinas científicas. En particular, “hay
materiales denominados dicroicos cuyas propiedades dependen de la
polarización de la luz que interacciona con ellos”, señala Carlos
Hernández García. Es decir, aunque tengan la misma composición química,
se comportan de manera diferente en función del tipo de luz que incide
sobre ellos.
En este caso, cuando la polarización es circular puede ser dextrógira
si gira a la derecha o levógira si gira a la izquierda y esto cambia la
respuesta de ciertas moléculas. “Podemos transmitir giros a los
electrones de una molécula y esto es muy novedoso, es un grado más de
control microscópico que no se podía conseguir hasta ahora con la
polarización lineal”, comenta Luis Plaja.
En este sentido, es muy conocido el caso de las moléculas quirales,
que tienen la misma composición química pero no son exactamente iguales,
sino que una es la imagen en el espejo de la otra, igual que la mano
izquierda y la derecha tienen una simetría diferente. En la historia de
la ciencia esto ha tenido importantes repercusiones, como el caso de la
talidomida, fármaco que hace décadas provocó el nacimiento de bebés con
deformaciones congénitas. El compuesto era una mezcla de moléculas
químicamente iguales, pero que en realidad eran diferentes por su
quiralidad.
Por eso esta investigación puede tener repercusiones para la
investigación química, farmacéutica y para muchos otros campos. “Sabemos
que algunos de esos sistemas van a responder de manera distinta a la
polarización de la luz y podremos estudiarlos y caracterizarlos mejor,
estamos ante una nueva forma de interactuar con la materia”, destacan
los investigadores.
Asimismo, “algunos materiales magnéticos son dicroicos”, así que
contar con pulsos de luz de attosegundo con polarización circular supone
tener una nueva herramienta para analizar y caracterizar sistemas
moleculares y atómicos de todo tipo, así como interactuar con ellos, lo
que tendrá “unas posibilidades tecnológicas que aún se nos escapan”,
afirman los investigadores.
DICYT
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