Un cristal que gira la luz a voluntad exprés
El óxido de plata y niobio AgNbO₃ es un pastel en capas de átomos de plata, niobio y oxígeno. A temperatura ambiente se comporta como un dieléctrico común, pero si se enfría, los átomos comienzan a desplazarse y el cristal adquiere una polarización eléctrica, como la aguja de una brújula, solo que en lugar del norte señala la dirección del campo eléctrico interno. Durante mucho tiempo no estaba claro qué estructura surgía exactamente a bajas temperaturas.
Los autores del nuevo trabajo realizaron una búsqueda computacional de todas las disposiciones posibles de los átomos y encontraron una fase que antes pasaba desapercibida. En ella, la red cristalina se retuerce en espiral: si se mira a lo largo de un eje, los átomos giran en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Esta propiedad se denomina quiralidad, como un guante izquierdo y uno derecho que no se superponen. Resulta que el sentido de giro está rígidamente acoplado a la dirección de la polarización: si inviertes el campo, la espiral también se invierte.
Este acoplamiento ofrece una forma sencilla de controlar las propiedades ópticas: aplicas un voltaje, el cristal cambia su torsión y la luz pasa de otra manera. Sin piezas móviles, solo un campo eléctrico. Estos conmutadores pueden funcionar muy rápido y ser útiles en optoelectrónica, donde se necesita modular la luz para transmitir datos o crear pantallas de nuevo tipo.
El AgNbO₃ es un material inorgánico sin plomo, lo que lo hace más seguro que muchos piezoeléctricos actuales. Y la posibilidad de controlar la quiralidad con un campo eléctrico es muy poco frecuente: normalmente se requieren moléculas complejas o campos magnéticos. Aquí todo se resuelve con un simple voltaje, como en una pila común.
La quiralidad es importante en farmacia: un fármaco con la torsión molecular «incorrecta» puede ser inútil o incluso dañino. En el cristal AgNbO₃, la torsión se puede cambiar a voluntad, lo que abre la puerta a materiales con propiedades ajustables.
Controlar la luz con un campo eléctrico recuerda a la tecnología de los «sables de luz» de Star Wars, donde el rayo se controla con un campo de fuerza. Eso sí, aquí hablamos de conmutadores más modestos, pero reales.