Desde hace varios años, los investigadores que trabajan en estos materiales han prometido capas de invisibilidad, "superlentes" de resolución ultra-alta y otros exóticos dispositivos ópticos sacados directamente de las páginas de la ciencia ficción. Sin embargo, los materiales se limitaban a pequeñas demostraciones de laboratorio porque no había forma de hacerlos en cantidades suficientemente grandes para hacer la demostración de un dispositivo práctico.
"Todo el mundo ha adoptado, tal vez por comodidad, la posición de no ser capaz de crear suficientes [metamateriales] para hacer cualquier cosa con ellos", afirma John Rogers, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y que desarrolló el nuevo método de impresión. Los metamateriales capaces de interactuar con la luz visible no se han creado con anterioridad en piezas de más de varios cientos de micrómetros.
Los metamateriales están formados por capas de intrincados patrones, a menudo de metales. Los patrones deben estar en la misma escala que la longitud de onda de la luz con la que deban interactuar. En el caso de la luz visible y de infrarrojo cercano, esto significa la incorporación de características a nanoescala. Los investigadores han estado creando estos materiales con métodos tan laboriosos como la litografía por haz de electrones.
Rogers ha desarrollado un método de impresión basado en sellos con el que generar grandes piezas de uno de los tipos de metamateriales más prometedores, que puede hacer que la luz en el infrarrojo cercano se doble de la forma "errónea" cuando pasa a través él. Los materiales con este, así llamado, índice negativo de refracción, son especialmente prometedores para crear superlentes, capas de invisibilidad para la visión noctu a, y sofisticadas guías de ondas para las telecomunicaciones.
El grupo de Illinois comienza por el moldeado de un sello de plástico duro cubierto con un patrón de rejilla levantada. El sello se coloca en una cámara de evaporación y se cubre con una capa de sacrificio, seguida por una alte ancia de capas con los ingredientes del metamaterial—fluoruro de plata y magnesio—para formar una malla de capas en el sello. El sello se coloca en una hoja de vidrio o de plástico flexible y la capa de sacrificio se elimina mediante grabado, transfiriendo el metal estampado a la superficie. Hasta ahora, Rogers afirma que ha creado hojas de metamaterial de unos cuantos centímetros cuadrados, pero utilizando más de un sello espera llegar a metros cuadrados. Además, afirma, los materiales estampados en realidad tienen mejores propiedades ópticas que los metamateriales creados con métodos tradicionales.
"Ahora podemos crear hojas gigantescas de este tipo de cosas", asegura Rogers. Hacer el molde del sello es un proceso en el que hay que poner mucho cuidado, pero una vez que el molde se ha creado, no se necesita mucho tiempo para crear muchos sellos reutilizables.
Xiang Zhang, presidente de ingeniería mecánica en la Universidad de Califo ia, en Berkeley, afirma que este trabajo representa un importante paso hacia aplicaciones para metamateriales ópticos. "Varios metamateriales podrían hacerse más grandes con este método", explica Zhang, quien en 2008 creó el diseño que Rogers utilizó para esta primera demostración. "Por ejemplo, sería posible crear lentes y capas en 2-D a macroescala y, posiblemente, también concentradores solares". Una posible aplicación es en lentes que integren múltiples funciones en dispositivos individuales, para telecomunicaciones e imagen.
"Esta técnica de impresión es bastante potente y tiene el potencial de ser ampliable a áreas muy grandes", afirma Nicholas Fang, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. Fang señaló que este tipo de metamaterial sería especialmente interesante para dispositivos de toma de imágenes por infrarrojos.