La famosa baldosa einstein revela sorpresas en la física

La baldosa "einstein" o "sombrero", una curiosidad matemática que resolvió un rompecabezas de décadas sobre cómo cubrir superficies infinitas sin patrones repetitivos, ha generado una sorpresa en el mundo de la física. Investigadores de la Universidad de Tokio han descubierto que las estructuras a nanoescala basadas en esta baldosa producen una difracción de luz quiral nunca antes vista, abriendo una nueva frontera para la tecnología óptica.

De problema matemático a descubrimiento fotónico

En un estudio publicado el miércoles en Nature Communications, un equipo liderado por Yuto Moritake en el Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio fabricó versiones a nanoescala del patrón de la baldosa en películas de nitruro de silicio mediante litografía por haz de electrones. Al dirigir luz láser hacia las estructuras, surgieron patrones de difracción distintivos similares a molinetes, con una "quiralidad" clara que se ve diferente al observarse en un espejo.phys+2

La baldosa, un polígono de 13 lados descubierto por el matemático aficionado David Smith en 2023, fue la primera forma capaz de cubrir un plano infinito sin repetirse, resolviendo el llamado problema Einstein, un juego de palabras con el alemán "ein stein" que significa "una piedra" y no una referencia al físico. Aunque sus propiedades matemáticas estaban bien establecidas, sus comportamientos físicos permanecían inexplorados.yahoo+1

Quiralidad donde no se esperaba

"Descubrimos que los patrones de difracción se vuelven quirales porque la estructura carece de simetría especular", afirmó el autor principal Masaya Notomi. "Este tipo de respuesta óptica es fundamentalmente diferente a la observada en materiales cuasicristalinos convencionales".phys

La difracción quiral fue inesperada, comentó Moritake a Scientific American, pero el equipo concluyó que debe surgir de la asimetría inherente de la baldosa. Sus experimentos también mostraron que el patrón de difracción cambia según la dirección y polarización de la luz entrante, y que las estructuras reflejadas producen inversiones correspondientes en el comportamiento óptico.interestingengineering+2

Potencial para tecnologías ópticas

Los investigadores señalan que los hallazgos podrían conducir a nuevas formas de manipular la polarización de la luz, una propiedad central en telecomunicaciones y criptografía cuántica. "Los patrones de monotestela proporcionan una plataforma para explorar fenómenos ópticos que surgen de la interacción entre simetría, quiralidad y aperiocidad", dijo Moritake.yahoo+2

El trabajo ilustra cómo un descubrimiento matemático abstracto, nacido de la fascinación de un aficionado por las formas, puede desbloquear inesperadamente nueva física con aplicaciones prácticas en dispositivos fotónicos y sistemas de control de luz.interestingengineering+2