Investigadores de la Universidad de Michigan han demostrado que es posible producir luz helicoidal utilizando tecnología similar a la de una bombilla de Edison. Este hallazgo no solo aporta matices a la física fundamental, sino que también abre nuevas posibilidades para sistemas de visión robótica y otras aplicaciones donde la luz sigue una trayectoria helicoidal en el espacio.
Según Jun Lu, investigador adjunto en ingeniería química en la Universidad de Michigan y autor principal del estudio publicado en Science, «es complicado generar suficiente brillo al producir luz helicoidal mediante métodos tradicionales como la luminiscencia de electrones o fotones». Lu añadió que han encontrado una forma antigua de generar estos fotones, similar a la desarrollada por Edison, que no depende de la excitación de electrones y fotones.
Todos los objetos con calor emiten fotones en un espectro relacionado con su temperatura. Este fenómeno, conocido como «radiación de cuerpo negro», se observa cuando un objeto está a la misma temperatura que su entorno, absorbiendo y emitiendo fotones en igual medida. En el caso de una bombilla de tungsteno, el filamento es mucho más caliente que su entorno, y la ley de Planck ofrece una buena aproximación del espectro de fotones emitidos. Aunque la luz visible parece blanca, al pasarla por un prisma se revela un arcoíris de fotones diferentes.
La forma del objeto emisor de radiación generalmente no se considera relevante, pero puede influir en la polarización de los fotones. Normalmente, los fotones de una fuente de cuerpo negro están polarizados aleatoriamente. Sin embargo, el estudio reveló que si el emisor tiene una estructura helicoidal a micro o nanoescala, la radiación de cuerpo negro también se retuerce. La polarización elíptica de la luz depende de la longitud de onda del fotón en relación con la longitud de cada giro y las propiedades electrónicas del material, como nanocarbono o metal.
La luz helicoidal, también llamada «quiral», se caracteriza por rotaciones en sentido horario y antihorario que son imágenes especulares entre sí. Este estudio busca utilizar la radiación de cuerpo negro quiral para identificar objetos, permitiendo a robots y coches autónomos diferenciar entre ondas de luz con distintas direcciones de giro y grados de retorcimiento. Según Nicholas Kotov, profesor distinguido de Ciencias Químicas e Ingeniería, estos hallazgos podrían ayudar a los vehículos autónomos a distinguir entre un ciervo y un humano, que emiten luz con longitudes de onda similares pero diferente helicidad.
El brillo es la principal ventaja de este método para producir luz helicoidal, siendo hasta 100 veces más brillante que otros métodos. Sin embargo, la luz incluye un amplio espectro de longitudes de onda y giros. El equipo está explorando la posibilidad de construir un láser basado en estructuras emisoras de luz helicoidal. Además, Kotov desea investigar más en el espectro infrarrojo, donde la radiación de cuerpo negro a temperatura ambiente alcanza una longitud de onda pico de aproximadamente 10,000 nanómetros. Este estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencia y la Oficina de Investigación Naval.
