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Creación de microjets mediante un haz láser

Posted by Carlos en marzo 28, 2007

Hace tiempo que hablamos de metamateriales, y de cómo ofrecen muchas posibilidades para la construcción de mecanismos de ocultamiento, o para la construcción de superlentes por poner un par de ejemplos. La clave de este tipo de materiales “zurdos” es el hecho de que tienen un índice de refracción negativo, lo que da lugar a muchas de sus anti-intuitivas propiedades. No es necesario sin embargo producir este tipo de metamateriales para obtener resultados asombrosos y de la mayor utilidad, como un grupo de investigadores de las Universidades de Chicago y de Burdeos acaban de demostrar. Concretamente, han estudiado la creación de microjets en ciertos fluidos mediante la aplicación de un haz láser. El trabajo ha sido desarrollado por Robert Schroll y colaboradores, se titula

y ha sido aceptado para su publicación en Physics Review Letters. Básicamente el objeto del estudio es el siguiente: la interfaz de un líquido con el aire está siempre en un punto de equilibrio entre la tensión superficial y la fuerza de la gravedad. Una fuerza externa puede desplazar el punto de equilibrio, aunque para ello es necesario que sea significativamente fuerte en relación con las anteriores. Se sabe también que incluso un haz de luz puede producir cierta presión sobre una superficie, aunque en la práctica es despreciable si hablamos por ejemplo de agua y luz ambiental. Los autores han llevado sin embargo la situación a un escenario más extremo. En primer lugar, han considerado un fluido formado por un 70% de tolueno, un 17% de n-butanol, un 9% de agua, y un 4% de laurilsulfato de sodio. Este fluido tiene varias propiedades interesantes. Para empezar, exhibe un cambio de fase en torno a los 35ºC de temperatura, caracterizado por un cambio drástico de su índice de refracción. Por otra parte, su tensión superficial es sólo una millonésima parte de la del agua. Esto no sólo quiere decir que por supuesto si un mosquito se intentara posar en la superficie se iría irremisiblemente al fondo, sino que incluso la presión que la luz ejerce sobre la superficie puede abombarla. Imaginemos entonces que en lugar de luz ambiental dirigimos un haz de rayos láser contra el líquido. El resultado es el que se ve en la figura inferior.

microjets (c) Robert D. Schroll, Régis Wunenburger, Alexis Casner, Wendy W. Zhang, Jean-Pierre Delville
Source: R.D. Schroll et al., Liquid Transport Due to Light Scattering

En la figura superior, la flecha indica la dirección de incidencia del rayo láser. Dependiendo de la potencia del haz, se produce no sólo un abombamiento en la superficie, sino que comienza a formarse un flujo de recirculación en el líquido. El motivo es que éste está en el punto crítico para el cambio de fase, por lo que el haz atraviesa microzonas de diferente índice de refracción. Se produce así una dispersión continua de los fotones que arrastra al líquido, y se autocontiene en el microjet mostrado. Si la profundidad del líquido es la suficiente, el microjet se inestabiliza a partir de una cierta longitud, dando lugar a las gotas que se aprecian en su extremo. Si por el contrario la profundidad es poca, el microjet alcanza el fondo y da lugar a un abombamiento aproximadamente simétrico del de la superficie.

Aunque no sea la primera vez que se plantea el uso de rayos láser en relación a procesos que se desarrollan a estas escalas -recordemos sin ir más lejos las nanogrúas de las que hablábamos hace algún tiempo- deben destacarse en cualquier caso las interesantísimas posibilidades que este tipo de estudio abre. Por ejemplo, en ámbitos biotecnológicos puede ser de sumo interés la posibilidad de controlar un flujo de líquido a través de un canal de dimensiones microscópicas, como las reseñadas aquí. Es otro pasito más hacia la nanotecnología que nos espera a la vuelta de la esquina.

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