La necesidad de guías de la luz pequeñas, baratas y eficientes es grande; los investigadores llevan mucho tiempo probando materiales para satisfacer esa necesidad con innovaciones. Pero es bien posible que nadie haya pensado en el agua como material de microguías de ondas hasta que Limin Tong, de la Universidad de Zheijang, en China, y sus colaboradores se pusieron a ello: han construido con hielo unas microfibras muy eficientemente conductoras de la luz que podrían tener también usos tecnológicos cotidianos.
En la revista Science las describen: unas microfibras sumamente flexibles y elásticas, que se pueden doblar, hechas de agua helada, que reflejan la luz en su interior y, sin grandes pérdidas, la transmiten con un rendimiento parecido al de las mejores fibras de vidrio actuales. La manera de fabricarlas consigue que las microfibras de hielo no se quiebren cuando se las dobla casi hasta hacer un círculo diminuto; las dota de una elasticidad que permite que, tras doblarse, recuperen sin problemas y sin sufrir daños su forma original.
Las fibras de agua helada se forman en una cámara refrigeradora a 50 grados bajo cero en un campo eléctrico, sobre la punta de un electrodo de wolframio al que se aplica una tensión de 2000 voltios. Entonces, el hielo va creciendo ordenadamente en la forma de una fibra, con un diámetro de entre 800 nanómetros y 10 micrómetros (el promedio es de unos micrómetros).
Estas fibras conducen las ondas de luz con longitudes de onda del espectro visible tan bien, al menos, como las guías de luz que se emplean actualmente en los chips, como demuestran varios experimentos. Le deben esas buenas características de flexibilidad y transparencia a que se congelan muy homogéneamente, casi sin discontinuidades, defectos o poros: el microscopio electrónico muestra que están formadas de una sola pieza, un cristal de hielo muy liso y uniforme.
La temperatura a la que crece la fibra de hielo cambia las propiedades materiales de esta, explican los autores. La elasticidad es algo mayor cuando la temperatura de la cámara refrigeradora disminuye durante la formación: las fibras creadas a 150 grados bajo cero con menos de 5 micrómetros de espesor pueden doblarse casi hasta formar un círculo de 20 micrómetros de radio sin romperse o volverse inelásticas, así que pueden volver a la posición inicial una vez retirada la fuerza que las dobla. Las propiedades como guías de ondas varían también con el proceso de fabricación.
En principio, no hay obstáculos insalvables para la aplicación técnica de estas fibras hechas con una sustancia tan barata y fácil de conseguir como el agua. Las microfibras tendrían que permanecer congeladas a 30 grados bajo cero, según dice Tong a Physics World, pero ya hay muchos procesos técnicos que requieren una temperatura inferior, como es el caso de los superconductores aun de alta temperatura. Las fibras de hielo podrían funcionar no solo como guías de luz, sino también como sensores, por ejemplo para señalar la presencia de contaminación medioambiental: las impurezas se depositarían enseguida en la fibra y la transmisibilidad de diferentes longitudes de onda cambiaría. Las microfibras de hielo podrían ser útiles también para la investigación básica: con ellas se podrían investigar muy bien, por ejemplo, los cambios de fase de la estructura cristalina en diferentes condiciones ambientales.
Jan Osterkamp
Referencia: «Elastic ice microfibers», de Peizhen Xu et al., en Science, 9 de julio de 2021: volumen 373, número 6551, págs. 187-192.
