El cristal podría hacer que las lentes de contacto inteligentes sean significativamente más delgadas

La tecnología de visualización casi invisible frente al ojo requiere una forma de óptica diferente a la de un teléfono inteligente, un monitor o un visor de realidad virtual. Una lente de contacto ocupa muy poco espacio, no debe suponer ningún esfuerzo para la vista y, aun así, debe dirigir la luz con tanta precisión que se cree una imagen nítida. El espacio de instalación de las gafas AR es mayor, pero aquí ocurre lo mismo: cuanto más finos y ligeros se vuelven los elementos ópticos, antes desaparece la tecnología del campo de visión del usuario. Por lo tanto, el estudio publicado en Nano Letters no examina una pantalla terminada, sino más bien un componente que podría ser crucial para la próxima miniaturización. El oxicloruro de molibdeno exhibe anisotropía óptica, donde el material se comporta de manera muy diferente según la dirección. Es precisamente esta dependencia direccional la que hace que el cristal sea interesante para la nanoóptica, la refracción de la luz y los sistemas ópticos extremadamente planos.

En los componentes ópticos convencionales, la geometría de un vidrio, espejo o prisma determina cómo se refracta, filtra o dirige un haz de luz. Si estos componentes se reducen a unos pocos micrómetros o nanómetros, esta lógica macroscópica ya no será suficiente. Entonces las propiedades internas del propio material tienen que hacer el trabajo. En el oxicloruro de molibdeno, la fuerte dependencia direccional surge de una estructura cristalina con cadenas de átomos de molibdeno a lo largo de las cuales los electrones pueden moverse más fácilmente que en dirección vertical. Esto permite que el cristal reaccione metálicamente a lo largo de un eje y más dieléctricamente a lo largo de otro eje. En el caso de la luz, esto significa que un mismo material puede asumir funciones ópticas muy diferentes según su orientación. Esta propiedad es particularmente relevante si las lentes de contacto inteligentes, las gafas AR y los chips fotónicos van a funcionar con menos material, menos volumen y menores requisitos de energía.

¿Por qué el cristal controla la luz con tanta fuerza?

Las mediciones muestran una birrefringencia excepcionalmente alta en el rango visible y en el infrarrojo cercano. La birrefringencia significa que la luz viaja a través de un material de manera diferente dependiendo de su polarización y dirección de propagación. Para el oxicloruro de molibdeno examinado, el valor medido en el avión alcanza aproximadamente 2,2 y, por lo tanto, se encuentra en una escala inusualmente alta para materiales naturales. En la práctica, lo más importante es que la luz se puede dividir, filtrar y redirigir de manera muy eficiente sin necesidad de lentes gruesas o pilas ópticas complejas. En las gafas AR con asistentes de IA, la óptica determina qué tan claro, brillante y discreto puede aparecer el contenido mostrado. En el caso de una lente de contacto, este requisito sería aún más estricto porque cada elemento óptico tendría que ser muy fino, transparente, biocompatible y estable.

Un épsilon visible cercano a cero hace que el material sea especial

Es especialmente importante una condición medida a 512 nanómetros, es decir, en la zona verde de la luz visible. Allí, una componente de la respuesta óptica se aproxima a cero. Este épsilon cercano al punto cero puede aumentar en gran medida la interacción entre la luz y la materia porque la energía electromagnética se concentra en un espacio muy pequeño. En pocas palabras, los campos luminosos pueden guiarse con mayor densidad y acoplarse más fuertemente al material de lo que sería posible con la óptica convencional. Esto es interesante para los chips fotónicos, porque dichos componentes procesan o transmiten información no mediante corrientes eléctricas, sino mediante señales luminosas. En un chip con trayectorias de luz extremadamente pequeñas, tales estados materiales podrían ayudar a agrupar las señales de manera más estrecha, hacer filtros más pequeños y mover funciones ópticas a áreas que antes requerían demasiado espacio. Para las lentes de contacto inteligentes, esta miniaturización sería un requisito básico, no sólo un refinamiento técnico.

Quedan importantes obstáculos para las lentes de contacto

Los nuevos datos no significan que las lentes de contacto inteligentes con información mostrada estén cerca de estar listas para salir al mercado. Sobre todo, el estudio proporciona un mapa preciso de las constantes ópticas, es decir, los valores numéricos que los ingenieros pueden utilizar para calcular componentes reales. Sólo entonces se pueden diseñar capas de hormigón, filtros de polarización, guías de ondas o acopladores. Existen requisitos adicionales para la tecnología portátil en el ojo: el material debería producirse de forma controlada, incrustarse en soportes adecuados y protegerse contra la humedad, el calor, el estrés mecánico y el tejido biológico. El suministro de energía, la transmisión inalámbrica de datos y la generación de calor también siguen siendo problemas clave. Sin embargo, el hallazgo es relevante porque muestra un atajo físico. En lugar de limitarse a fresar componentes ópticos más pequeños, los investigadores podrían utilizar materiales cuya estructura interna dirija automáticamente la luz a un espacio inusualmente pequeño.

Nanoletras, anisotropía óptica gigante y épsilon casi cero de frecuencia visible en MoOCl2 hiperbólico de van der Waals; doi:10.1021/acs.nanolett.5c06153