litografía

Un globo terráqueo está sobre la mesa y una regla descansa a su lado: uno es curvo, la otra es recta. Los telescopios de rayos X han vivido con esta discrepancia durante años. Sus espejos concentran la luz sobre una superficie curva, como el globo, mientras que los detectores que capturan esa luz eran planos, como la regla.

Una hoja de papel dejada sobre una mesa mojada se ondula y levanta los bordes. Nadie controla ese movimiento, pero ocurre según las mismas leyes que el crecimiento de una planta: unas zonas de la hoja se contraen más que otras, y la forma plana se convierte en volumen. Los ingenieros llevan mucho tiempo queriendo domesticar ese proceso para que una pieza plana se pliegue sola en la escultura deseada.

Una baraja de cartas en la que cada carta está ligeramente girada no puede quedar perfectamente alineada: los dorsos y los diseños nunca coinciden. Pero si las cartas son flexibles, comienzan a ajustarse, desplazándose fracciones de milímetro para encontrar la coincidencia ideal. Algo similar ocurre dentro de los cristales cuando dos capas gruesas de MoS2 o de MoS2 con WS2 se apilan con una rotación de 1 a 2 grados.

La construcción espacial hoy en día es un costoso trajín con piezas prefabricadas: cada panel debe subirse desde la Tierra y luego ensamblarse en ingravidez, como un juguete de construcción con guantes gruesos. Los ingenieros del nuevo estudio proponen otro camino: ni transportar ni imprimir, sino dejar que el líquido modele la estructura por sí mismo.

La luz que incide sobre el plástico común se refleja parcialmente, como un reflejo en una ventana. Para eliminar estos reflejos, se aplica sobre la superficie un recubrimiento especial de diminutas estructuras que anulan la reflexión.

Un interferómetro cuántico superconductor es un dispositivo que detecta campos magnéticos miles de millones de veces más débiles que la aguja de una brújula común. En su interior hay un puente estrecho donde la superconductividad se interrumpe por un instante.

Se puede hacer que la luz gire a voluntad, como el agua en una manguera, si se sabe dónde presionar. Eso es exactamente lo que hacen los circuitos electroópticos: cambian la dirección del haz dentro del chip mediante un campo eléctrico.

Imagina una capa multicapa donde las capas de metal y aislante se alternan como las hojas de un libro. Esta estructura puede hacer invisible a un observador el objeto escondido en su interior. La luz lo rodea, como el agua fluye suavemente alrededor de una piedra lisa: sin ondas ni salpicaduras, sin reflejos ni sombras.

Si aplaudes en una habitación vacía, el eco revelará su tamaño y forma. Cada objeto —una silla, un libro, una persona— añade su propia firma a ese eco: el sonido se refleja en él de una manera particular. Los autores del artículo han ideado cómo reescribir por completo esa firma sonora. Rodearon una región del espacio con una superficie cerrada de micrófonos y altavoces.

Dos hojas blancas yacen al sol: una rugosa, la otra lisa. ¿Cuál se calentará menos? La rugosa dispersa la luz con más fuerza y parece que permanecerá más fresca. Pero si el recubrimiento está compuesto por muchas esferas de vidrio transparentes, la lógica cambia. La luz deambula en él como en una niebla espesa y, en algún momento, deja de notar las gotas individuales.

Un puente de aluminio de unas pocas capas atómicas de espesor es el corazón de muchos dispositivos cuánticos. A través de este puente, la corriente fluye sin resistencia y se puede controlar con un campo magnético.

En un trozo sólido de aleación de estaño y plomo, las capas de los dos metales están apiladas como las páginas de un libro. Al calentar desde un lado, las capas no se funden de manera uniforme, sino con lenguas y dedos caprichosos.

La fotolitografía convencional, con la que se fabrican los chips, choca con un límite: la luz no puede dibujar detalles más pequeños que su propia longitud de onda. Aquí se ha seguido otro camino. Primero se crearon nervaduras verticales espaciadas de óxido, y luego se fueron depositando sobre ellas capas de óxido de aluminio de un átomo de grosor.

Cuando la luz atraviesa un medio turbio —por ejemplo, un vaso de leche o un vidrio esmerilado— se dispersa en todas direcciones. Pero a veces, en lugar de dispersarse, queda atrapada en diminutos «bolsillos» dentro del material. Estos bolsillos son lo que los físicos llaman modos localizados: la luz cae en una trampa y no puede escapar.

Una pila de papel: si las hojas están perfectamente alineadas, la luz las atraviesa de manera uniforme. Pero basta con girar una hoja unos pocos grados para que la imagen cambie. Algo similar ocurre con las capas de ciertos materiales: si las giras unas respecto a otras, sus propiedades cambian, a veces de forma radical.

En la superficie de una fina película de óxido de bismuto-hierro se ven franjas regulares, como surcos en un campo arado. Lo que ocurre debajo ha sido hasta ahora un misterio.

Una hoja de papel normal parece blanca porque dispersa caóticamente todos los rayos. Pero el ala de una mariposa brilla en azul y verde sin una sola gota de pintura: su superficie está cubierta de surcos microscópicos que apagan unas ondas de luz y amplifican otras.

Para no perder de vista a un futbolista veloz, un dron no necesita una baliza brillante: basta con reconocer su silueta. De igual manera, ahora una red neuronal sigue a los microbios: el algoritmo analiza una imagen normal del microscopio y encuentra al instante una bacteria en una gota de agua.

El rayo láser incide sobre una película de oro y plata durante apenas unos nanosegundos: en ese tiempo, la luz recorre una distancia menor que un metro. En el punto de impacto, el metal hierve, se dispersa y se solidifica formando un patrón aleatorio de diminutas partículas. Cada patrón es irrepetible, como las grietas en el hielo o las ramas de un árbol.

Las fibras en compuestos, papel o tejidos biológicos suelen estar ocultas a la vista, pero su orientación determina la resistencia y las propiedades del material. Antes, para ver las direcciones de las fibras, había que tomar muchas imágenes desde ángulos distintos y reconstruir una imagen tridimensional, como si se cortara una barra de pan en rodajas finas.

Los materiales cuánticos son como flores caprichosas: solo florecen con el frío. A temperatura ambiente esconden sus propiedades inusuales, pero cuando se enfrían intensamente se vuelven superconductores o cambian su comportamiento magnético. Para entender cómo funcionan, hay que examinar sus átomos en ese mismo frío donde viven esas propiedades.

Un aparato de resonancia magnética convencional es un imán enorme que no se puede mover de lugar y una computadora potente que convierte las señales del cuerpo en una imagen. En los últimos años han aparecido tomógrafos portátiles con campo más débil: son ligeros, baratos y pueden funcionar en un hospital de campaña o en una ambulancia.

El tentáculo de un pulpo se dobla, agarra y se estira, todo sin un solo hueso. El secreto está en que en su interior se alternan zonas que se contraen y zonas que permanecen pasivas. Los científicos llevan tiempo intentando replicar este truco en materiales artificiales, pero hasta ahora no podían precisar exactamente cómo cambiaría de forma el material.

Un ordenador cuántico se parece a un instrumento musical: incluso una diminuta rayadura en una cuerda estropea el sonido. En lugar de cuerdas, tenemos resonadores superconductores: finas pistas de nitruro de titanio sobre una oblea de silicio.

Un trozo de oro no atrae clips. Pero si tomamos una película delgada de una aleación de gadolinio, oro y germanio y comenzamos a doblarla, pueden aparecer regiones magnéticas. Los científicos lo hicieron no con las manos, sino con un flujo de iones de helio que penetraba en el material a través de una máscara con patrones.

Cuando dos rayos de luz se encuentran en un cristal, pueden generar un tercer rayo con una frecuencia diferente. Para que este proceso sea eficiente, las ondas deben ir al mismo paso, como dos personas que caminan juntas sin desincronizarse. Antes se usaban dos trucos: o se elegía un cristal con las propiedades adecuadas, o se cortaba en capas finas.

Una lámina de grafeno es una red de átomos de carbono que se asemeja a un panal de abejas. Los electrones en ella se mueven tan rápido como si no tuvieran masa, igual que la luz. Cuando un potente pulso láser incide sobre la lámina, los electrones reciben un empujón y comienzan a acelerarse.

El cristal de niobato de litio se parece a un pastel en capas: en su interior, los campos eléctricos se alternan como el relleno. Si se corta ese cristal en películas finas y se dibujan sobre ellas bandas con distinta polaridad, se obtiene una estructura periódica que hace que la luz cambie de color al atravesarla. Así nacen pares de fotones entrelazados, como gemelos.

El haz del láser atraviesa el vidrio y toca una fina película de diamante. En el punto de contacto, la película se convierte en una tira estrecha que se eleva ligeramente. Colocamos una segunda tira similar al lado, y entre ambas queda un corredor vacío. Eso es el canal: su anchura puede ser cincuenta veces mayor que su altura, como una hoja de papel sobre la mesa.

Cuando un haz de luz atraviesa un trozo de vidrio, normalmente solo se desvía ligeramente. Pero si dentro del vidrio se graban con láser patrones finísimos, se puede hacer que la luz se descomponga en haces separados, como la luz blanca se dispersa en un arcoíris después de la lluvia.

La radiación de terahercios se sitúa entre las microondas y la luz infrarroja. Atraviesa la ropa, el papel y el plástico, pero no el metal ni el agua. Por eso se usa en escáneres de seguridad y en imagen médica. Para ver la polarización de esa radiación se necesita un detector.

Persianas que no solo dejan pasar o bloquean la luz, sino que cambian su color. La luz incide sobre las franjas inclinadas y parte de los rayos sale con otro tono, como si un haz blanco, al atravesar las rendijas, se volviera verde. Así funciona la nueva superficie: sobre una fina película de niobato de litio (un material que transforma la luz) hay franjas inclinadas de dióxido de titanio.

En invierno, los charcos se congelan y el hielo agrieta el asfalto. Dentro de una célula viva, al congelarse ocurre algo parecido: los cristales de hielo rompen su membrana. Para evitarlo, se impregna la célula con una solución especial, como un anticongelante para el coche.

Un láser normal amplifica la luz hasta convertirla en un haz brillante. Si se invierte ese proceso, se obtiene un antiláser: un dispositivo que absorbe la luz por completo. Pero esta máquina es caprichosa: basta un ligero desorden para que la absorción falle. Los físicos han encontrado la manera de hacer que un antiláser sea invulnerable.

Una impresora 3D normal extruye plástico como un pastelero que decora con manga pastelera. Aquí, en lugar de plástico, se usa luz. Un rayo láser dibuja en una resina líquida, haciendo que se endurezca en los puntos deseados. Así nacen piezas que no se pueden ver sin un microscopio.

En los microchips, los cables suelen estar sobre la superficie, como rieles en el suelo. Pero a veces es necesario que un cable salte por encima de otro sin tocarlo. Para ello se construyen puentes aéreos: finos arcos metálicos que cuelgan sobre la placa. Antes, un puente así se ensamblaba en varios pasos: se depositaba una capa, se irradiaba, se grababa, se repetía.

El patólogo mira por el ocular y ve un corte de tejido rosa-violeta: así se ve la tinción clásica con hematoxilina y eosina. Los colorantes se unen a los núcleos y al citoplasma, y por el color el médico juzga la enfermedad. Pero la preparación de la muestra en sí lleva horas: fijación, inclusión en parafina, corte y tinción. El nuevo dispositivo prescinde del colorante.

Una impresora que no imprime con tinta, sino con metal y cerámica, ya es una realidad. Los científicos tomaron una gota común de agua con sales metálicas disueltas y lograron que depositara sobre la superficie, según el caso, cobre, óxido de zinc o hidróxido de níquel. Todo ello con una precisión de millonésimas de metro. El secreto está en la electricidad.

Una gota de sangre es una ciudad bulliciosa en miniatura. Miles de moléculas diferentes circulan por ella, y cada una deja su rastro. Pero mirar directamente dentro de esa ciudad es difícil: las calles están enredadas y hay tantos habitantes que no se pueden contar uno por uno. Los científicos han encontrado la manera de escuchar toda la ciudad a la vez, sin desmontarla en sus habitantes individuales.

Un rayo láser, como un cincel fino, quema el oxígeno de una película superconductora. Donde hay menos oxígeno, el material deja de conducir corriente sin resistencia. Los científicos usaron este truco para dibujar patrones en la película que cambian sus propiedades.