NOTICIAS

Óptica y materiales

Noticias IFUNAM
25/jul/2012

En nuestros cursos de Física elemental aprendemos que la luz solamente se refleja o se refracta, sin embargo, la luz también se esparce en todas direcciones, aún en materiales que presumiblemente son “homogéneos”.

La presencia de pequeñas inhomogeneidades producidas, ya sea por fluctuaciones en la densidad o la concentración o bien por impurezas o defectos, producen que parte de la luz sea esparcida en direcciones diferentes a aquella producto de la reflexión o refracción, aunque esta a simple vista sea imperceptible.

El estudio de esa pequeña componente esparcida ha permitido determinar propiedades de las inhomogeneidades que las producen como por ejemplo hallar su peso, tamaño, y en el caso de que estas sean muy grandes (como una macromolécula de ADN) se puede determinar propiedades estructurales como su grado de rigidez.

Roberto Alexander-Katz trabaja en esta línea de investigación desde hace muchos años en la Universidad Autónoma Metropolitana y ahora está en el IFUNAM en una estancia sabática para continuar con el análisis del esparcimiento de la luz para el estudio de las macromoléculas o partículas coloidales.

"El fenómeno de esparcimiento de la luz se pone claramente de manifiesto cuando el número de impurezas (partículas u otras) es grande y más aún cuando estas son del orden de la longitud de onda de la luz, o bien, cuando las fluctuaciones (en la densidad, concentración) son grandes".

Se trata, por ejemplo, de materiales opacos como la leche, pinturas, cosméticos, plásticos, las nubes, tejidos celulares, entre otros.

“Podríamos decir que la gran mayoría de los materiales en la naturaleza o hechos por el hombre son opacos, es decir, no podemos formar imágenes de alta resolución a través de ellos y a lo más obtenemos imágenes difusas y en muchos casos ni eso”, dice Alexander-Katz.

Al estudio de la luz esparcida y absorbida por dichos materiales se les llama genéricamente óptica de materiales complejos.

Así, el reto de este campo es el de relacionar la estructura del material con la luz esparcida o bien absorbida por el mismo. "Esto trabaja en ambos sentidos, dice el físico, esto es, dada la estructura podemos predecir las propiedades de reflexión, transmisión, o bien, del análisis de estas últimas podemos decir algo sobre la naturaleza del material".

Durante su estancia sabática, Alexander-Katz contribuirá con el equipo de Rubén Barrera, del IFUNAM, y el grupo del CECADET-UNAM conformado por Augusto García y Celia Sánchez, quienes han estudiado desde un enfoque de primeros principios al esparcimiento y absorción de la luz y su aplicación al desarrollo de nuevas metodologías para el análisis de sistemas complejos.

Las aplicaciones de este campo son muy variadas. El análisis del esparcimiento y absorción de la luz interviene, por ejemplo, en las industrias tanto de pinturas como de cosméticos, en las que el objetivo principal consiste en cubrir un sustrato (llámese pared o piel) y tener control total sobre la apariencia de la superficie en cuestión.

“El problema de control de la apariencia es común a muchas industrias como las del plástico, a veces con un objetivo comercial y en otras de carácter funcional como es el caso de ventanas inteligentes, por ejemplo”, dice Alexander-Katz.

Las aplicaciones a la medicina son otro campo en donde se han hecho grandes esfuerzos en la misma línea como es el desarrollo de la espectroscopía y tomografía tisular, que sirven como herramientas de diagnóstico gracias al estudio del esparcimiento de la luz en el cuerpo.

“Todos los ejemplos señalados son sistemas complejos, los tejidos como el de la piel, las mamas o cerebro, así como las pinturas y los cosméticos. Todos ellos, aún siendo muy diferentes entre sí, usan las mismas teorías para su interpretación”, dice el investigador, quien estudió física en la UNAM e hizo un doctorado en la Universidad de Manchester, Inglaterra.

Alexander-Katz busca añadir a estos trabajos una nueva línea de investigación que tiene que ver con la dependencia temporal de la luz esparcida, esto es, la forma en que la luz esparcida por un material varía en el tiempo en forma aleatoria.

Según el físico, “ese ‘ruido’ contiene información muy importante sobre los procesos dinámicos que están ocurriendo en el material y dan una información complementaria sobre la estructura del mismo”.

De ahí su trabajo y su objetivo en el IFUNAM: incorporar los fenómenos dependientes del tiempo al formalismo establecido y desarrollar metodologías experimentales que permitan extraer la información de los procesos dinámicos en el material.