![\"062-063_Giro_do_laser_211\"](\"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2014\/02\/062-063_Giro_do_laser_211.jpg\")
<\/a>Las figuras geom\u00e9tricas proyectadas por un haz de luz l\u00e1ser en el laboratorio del f\u00edsico Cid Bartolomeu de Ara\u00fajo, en la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE) pueden parecer un truco banal. Sin embargo, esos dibujos lum\u00ednicos que miden tan s\u00f3lo algunos micrones de longitud no se crean con una luz com\u00fan. Se trata de verdaderos remolinos de luz, conocidos con el nombre de v\u00f3rtices \u00f3pticos. Al incidir sobre un objeto microsc\u00f3pico \u2013una grano de polvo o una c\u00e9lula viva\u2013, dichos v\u00f3rtices hacen que el objeto se mueva y recorra sin cesar el contorno de la figura proyectada.<\/p>\nQuiz\u00e1 parezca trivial, pero las aplicaciones tecnol\u00f3gicas de los v\u00f3rtices \u00f3pticos son diversas. Utilizados en experimentos de f\u00edsica y de biolog\u00eda para manipular la materia a nivel submicrosc\u00f3pico, estos torbellinos prometen aumentar cientos de veces el volumen de informaci\u00f3n transmitida a trav\u00e9s de fibra \u00f3ptica. Tambi\u00e9n pueden servir como base para una nueva generaci\u00f3n de circuitos optoelectr\u00f3nicos con dimensiones nanom\u00e9tricas. Una ventaja de la t\u00e9cnica desarrollada por un tr\u00edo de f\u00edsicos de la UFPE consiste en que otorga libertad a los investigadores e ingenieros para moldear los remolinos \u00f3pticos en la forma necesaria para sus aplicaciones.<\/p>\n
Las t\u00e9cnicas de creaci\u00f3n de v\u00f3rtices \u00f3pticos comenzaron a desarrollarse a comienzos de los a\u00f1os 1990 en el seno del grupo de los f\u00edsicos Les Allen y Han Woerdman, de la Universidad de Leiden, en Holanda, para producir v\u00f3rtices que forman circuitos con geometr\u00eda circular. Se han obtenido v\u00f3rtices con otras geometr\u00edas, pero se generaban empleando t\u00e9cnicas m\u00e1s complicadas o que s\u00f3lo permit\u00edan dibujar algunos tipos espec\u00edficos de contornos. \u201cDescubrimos un modo de obtener cualquier forma con el mismo montaje experimental utilizado para generar los v\u00f3rtices circulares\u201d, explica el f\u00edsico Anderson Amaral, primer autor del art\u00edculo que describi\u00f3 el descubrimiento, que se public\u00f3 en mayo de este a\u00f1o en la revista Optics Letters.<\/p>\n
Un sacacorchos Cuando el haz de luz espiralado se proyecta sobre una superficie plana, en lugar de un punto luminoso, se observa un anillo de luz. La torsi\u00f3n de las ondas anula su intensidad en el eje del haz generando un \u00e1rea oscura en su centro. Simult\u00e1neamente, el anillo lum\u00ednico resultante adquiere la propiedad de movilizar part\u00edculas o peque\u00f1os objetos sensibles a la sutil fuerza de la luz. As\u00ed, las part\u00edculas alcanzadas por el haz pasan a recorrer el circuito formado por el anillo. Cuanto m\u00e1s helicoidal es la luz \u2013es decir, cuanto menor es el espacio existente entre las vueltas de la onda en forma de sacacorchos, determinada por el n\u00famero de bandas oscuras y claras en la pantalla de cristal l\u00edquido\u2013, m\u00e1s velozmente giran las part\u00edculas.<\/p>\n Amaral comenz\u00f3 a investigar las maneras de controlar la torsi\u00f3n de la luz el a\u00f1o pasado, cuando inici\u00f3 el doctorado bajo la direcci\u00f3n de Ara\u00fajo y del f\u00edsico Edilson Falc\u00e3o Filho, tambi\u00e9n de la UFPE. Y pretende utilizar los v\u00f3rtices \u00f3pticos para manipular los electrones de un metal. Actualmente, los circuitos electr\u00f3nicos no pueden tener un tama\u00f1o menor que algunos micrones (mil\u00e9simas de mil\u00edmetro). Pero muchos cient\u00edficos trabajan para desarrollar circuitos hasta mil veces menores, que funcionar\u00edan basados en oscilaciones nanom\u00e9tricas de los electrones\u2013son los denominados plasmones\u2013, creados y controlados por haces de luz especiales, como son los v\u00f3rtices \u00f3pticos.<\/p>\n La iniciativa de los f\u00edsicos de Pernambuco consisti\u00f3 en sacar provecho de una propiedad de los v\u00f3rtices \u00f3pticos denominada carga topol\u00f3gica. Grosso modo, esa carga es un n\u00famero que determina cu\u00e1ntas son las vueltas\u00a0 del \u201csacacorchos\u201d lum\u00ednico. \u201cTodo el mundo se refiere a esa cantidad, llam\u00e1ndola carga topol\u00f3gica, pero nadie suele hablar de las propiedades topol\u00f3gicas [de la geometr\u00eda] de ella\u201d, dice Amaral. Los matem\u00e1ticos consideran que dos figuras geom\u00e9tricas poseen una misma topolog\u00eda si una de ellas puede moldearse en la forma de la otra sin necesidad de separar o unir sus puntos. De este modo, una esfera puede transformarse en un cubo. Y una taza puede generar una rosquilla y viceversa. Del mismo modo, los investigadores notaron que podr\u00eda modificarse la forma de los v\u00f3rtices de luz sin modificar su topolog\u00eda. Dicho de otra manera, el anillo lum\u00ednico podr\u00eda asumir formatos diferentes \u2013por ejemplo, el de la letra L\u2013 y mantener su capacidad de transmitir su giro a una part\u00edcula cualquiera.<\/p>\n C\u00edrculos y tri\u00e1ngulos \u201cEs es un abordaje muy eficiente para modelar v\u00f3rtices \u00f3pticos\u201d, dice el f\u00edsico Johannes Courtial, del grupo de Miles Padgett, de la Universidad de Glasgow, en Escocia, uno de los m\u00e1s importantes grupos de estudio de v\u00f3rtices \u00f3pticos del mundo. Courtial considera interesante que la porci\u00f3n oscura central del v\u00f3rtice funciona como una especie de molde de la parte luminosa del mismo.<\/p>\n Aunque se encuentra abocado a la aplicaci\u00f3n de los v\u00f3rtices en los circuitos de plasmones, el grupo de la UFPE cree que la t\u00e9cnica tambi\u00e9n puede ser \u00fatil para las telecomunicaciones. Las fibras \u00f3pticas actuales transportan mensajes simult\u00e1neamente por medio de haces de l\u00e1ser con longitudes de onda diferentes que viajan juntos por el interior de las mismas. El l\u00edmite del flujo de la informaci\u00f3n se encuentra en un rango de 10 gigabits por segundo. Un grupo internacional de ingenieros demostr\u00f3, en un art\u00edculo publicado el 28 de junio en la revista Science, que la codificaci\u00f3n de la informaci\u00f3n vali\u00e9ndose de v\u00f3rtices \u00f3pticos expandir\u00eda ese l\u00edmite m\u00e1s all\u00e1 de los mil gigabits por segundo. \u201cEste l\u00edmite se elevar\u00eda todav\u00eda m\u00e1s si pudi\u00e9semos modificar el formato de los v\u00f3rtices\u201d, explica Falc\u00e3o Filho.<\/p>\n
\n<\/strong>Para producir un v\u00f3rtice \u00f3ptico, los investigadores disparan un haz de luz l\u00e1ser convencional hacia una pantalla de cristal l\u00edquido. Antes de alcanzar la pantalla, la onda de luz del l\u00e1ser se propaga como una secuencia de frentes planos. Al penetrar en el cristal l\u00edquido, los frentes de la onda se reflejan seg\u00fan un modelo geom\u00e9trico formado por bandas claras y oscuras, generado por el reordenamiento de las mol\u00e9culas del cristal l\u00edquido controlado por una computadora. Las zonas oscuras reflejan la luz instant\u00e1neamente. En tanto, las bandas claras retrasan la reflexi\u00f3n. De esta manera, el patr\u00f3n geom\u00e9trico retrasa ciertas porciones de los frentes de la onda lum\u00ednica y confiere a sus superficies, antes planas, un formato retorcido como el de un sacacorchos (obs\u00e9rvese la figura de al lado<\/a>).<\/p>\n
\n<\/strong>La novedad de la t\u00e9cnica desarrollada por el equipo de Ara\u00fajo consiste en moldear el anillo de los v\u00f3rtices alterando el formato en la porci\u00f3n central de la matriz negra y blanca de la pantalla de cristal l\u00edquido. En el art\u00edculo en la Optics Letters, demostraron la t\u00e9cnica generando v\u00f3rtices en forma de L, de c\u00edrculos oblongos y de tri\u00e1ngulos. \u201cEstamos extendiendo la t\u00e9cnica para crear formas m\u00e1s complejas\u201d, dice Ara\u00fajo.<\/p>\n