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Ondas “imposibles”: logran polaritones hiperbólicos en cristales comunes controlados por temperatura
Un trabajo publicado en "Nature" demuestra que materiales no hiperbólicos, como el vanadato de itrio, pueden generar ondas de luz ultraconfinadas hasta ahora consideradas imposibles. El hallazgo, publicado por investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y la Universidad Tecnológica de Nanyang, abre nuevas vías para dispositivos ópticos reconfigurables por temperatura.
Representación visual de la dispersión hiperbólica de los polaritones que se propagan por la superficie de un material no-hiperbólico / UAM
Durante décadas, la física sostenía que solo los llamados cristales hiperbólicos, con propiedades muy inusuales de respuesta eléctrica, podían generar polaritones hiperbólicos: ondas híbridas de luz y vibraciones atómicas capaces de manipular la luz a escalas nanométricas.
Ahora, un equipo internacional liderado por la Universidad Tecnológica de Nanyang (Singapur), con la colaboración de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), ha roto este paradigma al demostrar que un cristal común y barato, el vanadato de itrio (YVO₄), también puede producirlos.
Ondas extraordinarias en materiales ordinarios
Los resultados —publicados en la revista Nature— comprobaron que, aunque el interior del YVO₄ no es hiperbólico, su superficie sí puede comportarse como tal, generando las ondas “imposibles”.
Este hallazgo amplía enormemente el rango de materiales utilizables en aplicaciones como lentes de superresolución, sensores químicos ultrasensibles, dispositivos de refracción negativa —donde la luz se curva en direcciones contraintuitivas— y nuevos chips fotónicos.
El equipo empleó microscopía óptica de campo cercano (s-SNOM), capaz de visualizar ondas miles de veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano. Con antenas de oro sobre la superficie del cristal, lograron excitar las ondas con luz infrarroja, confinándolas en regiones de apenas 20 nanómetros, mucho más allá de los límites de la óptica convencional. Las ondas se propagaron hasta 59 micrómetros con pérdidas mínimas, alcanzando velocidades muy superiores a las registradas en otros materiales.
Un interruptor térmico para la luz
El aspecto más revolucionario fue demostrar un control dinámico por temperatura. Al enfriar el cristal desde 300 K (temperatura ambiente) hasta 150 K, las propiedades eléctricas variaron lo suficiente para activar o desactivar el comportamiento hiperbólico en la superficie, como un auténtico interruptor térmico.
Este avance permite realizar transiciones topológicas in situ sin modificar físicamente el material, lo que abre la puerta a dispositivos ópticos “inteligentes” capaces de reconfigurarse con un simple ajuste de temperatura. Entre las aplicaciones potenciales figuran la computación cuántica, la detección molecular ultrasensible y las futuras tecnologías de optoelectrónica reconfigurable.
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Referencia bibliográfica:
Liu, L. et al. 2025. Long-range hyperbolic polaritons on a non-hyperbolic crystal surface. Nature. Enlace: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09288-1ç
Más información: UAM Gazette