Crean la lente más pequeña del mundo, que concentra luz en dimensiones menores al átomo

• Con participación española en un proyecto internacional con Cambridge
• Los investigadores usan nanopartículas de oro como lentes focalizadoras
• Confina la luz a una distancia inferior a una mil millonésima de metro

Los investigadores usaron oro altamente conductor para fabricar la cavidad óptica más pequeña del mundo.

Un equipo internacional, con participación del Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU) de San Sebastián y el Donostia International Physics Center (DIPC), en colaboración con la Universidad de Cambridge, ha creado la lente más pequeña del mundo, capaz de concentrar luz en dimensiones inferiores a las de un átomo.

En el trabajo, publicado esta semana en la prestigiosa revista Science, los investigadores han utilizado nanopartículas de oro como lentes focalizadoras que permiten ver enlaces químicos individuales en las moléculas.

"Nuestras predicciones teóricas sugerían que esto podía ser posible, como así se ha comprobado ahora", asegura el profesor Javier Aizpurua, investigador en el Centro de Física de Materiales de San Sebastián y el DIPC, que lidera los esfuerzos teóricos de esta investigación, y cuyo desarrollo ha permitido entender el confinamiento y la interacción de la luz con moléculas en escalas tan pequeñas.

El equipo de investigadores experimentales de Cambridge, liderado por el profesor Jeremy Baumberg, ha utilizado oro altamente conductor para fabricar la cavidad óptica más pequeña del mundo. "Esta cavidad -denominada por los investigadores 'pico-cavidad'- está formada por la protrusión de un único átomo en una estructura de oro, y confina la luz a una distancia inferior a una mil millonésima de metro", ha explicado el DIPC.

En el experimento, junto a la cavidad se encuentran una serie de moléculas, posibilitando de este modo una nueva manera de estudiar la interacción entre luz y materia.

La luz activa las vibraciones de enlaces moleculares

Según ha detallado, de la misma manera que una mano con una púa percute las cuerdas de una guitarra,  la energía de la luz puede activar las vibraciones de un determinado enlace químico de una molécula. Este fenómeno se denomina interacción optomecánica. En este trabajo, los investigadores han conseguido que "la luz localizada en la picocavidad active las vibraciones de una molécula cercana".

La construcción de nanoestructuras con control de átomos aislados es "tremendamente" exigente, y requiere la refrigeración de las muestras a -260ºC para congelar los átomos de oro.  Al iluminar con luz láser las nanopartículas de oro, unos pocos átomos aislados se mueven formando la picocavidad. En ese mismo instante, la luz focalizada en esta picocavidad activa la vibración molecular, proceso que es monitorizado en tiempo real.

Los átomos de oro se comportan "como diminutas cestas conductoras que atrapan la luz", y presentan el potencial de abrir nuevas perspectivas en el campo de las reacciones químicas catalizadas por luz en las que las picocavidades permitirían la fabricación de complejos moleculares desde componentes más simples, así como desarrollar nuevos dispositivos optomecánicos.