aislamiento de frecuencias electromagneticas

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Analizan el comportamiento electromagnético de estructuras de cristal fotónico y sus posibles aplicaciones prácticas

“Sería posible aislar completamente una región del espacio en un rango determinado de frecuencia solo con incluir una placa laminada de un material de bajo índice de refracción para las microondas, sobre la que se introduzcan las esferas dieléctricas”


Ángel Andueza Unanua, ingeniero de telecomunicación, ha investigado en su tesis doctoral defendida en la UPNA el comportamiento electromagnético de estructuras de cristal fotónico (cristales que permiten controlar y manipular el flujo de luz), con el fin de poder desarrollar aplicaciones de interés en rango óptico, de microondas y ondas milimétricas. Entre las aplicaciones prácticas que se han valorado se encuentran la mejora de eficiencia de células solares, la protección electromagnética en edificios y la fabricación de materiales que pueden variar su comportamiento en función de la época del año.

Para llevar a cabo su estudio, Andueza desarrolló monocapas dieléctricas (que no conducen la electricidad) de esferas, unas láminas de cartón perforadas sobre las que se distribuyen esferas de vidrio en diferentes disposiciones. “Construimos las monocapas sobre soportes de material transparente a las microondas, perforando el soporte y colocando las esferas en el espacio perforado”, explica este investigador. En concreto, “las propiedades y características mostradas por estos elementos nos permiten plantearnos su uso en algunas áreas de la ingeniería, especialmente como alternativas a otros sistemas ya existentes”.

Una de las características de estas estructuras es que alterando algunos parámetros de su fabricación, por ejemplo la distancia, el ordenamiento y la disposición de las esferas, surgen diferentes respuestas en frecuencias, con un elevado potencial de aplicación en sistemas de transmisión ópticos y de microondas.

En concreto, se observó cómo en el espectro de transmisión de las monocapas los picos variaban su frecuencia según lo distantes que estuvieran las esferas entre sí (compactación). Para valores grandes de compactación (esferas más cercanas), se apreció que los picos observados estaban muy vinculados u originados por las resonancias propias de una esfera. Sin embargo, para valores de compactación bajos (mayor separación), la posición de los picos venía gobernada por la difracción del plano bidimensional de esferas. Además se observó cómo el efecto de desordenar las monocapas (mover las esferas de su posición ordenada original) no afectaba sustancialmente a los resultados obtenidos ni al origen de los picos del espectro de transmisión.
Posibles aplicaciones prácticas

A raíz de los resultados del trabajo de investigación, se han valorado tres aplicaciones prácticas: la primera, su uso para mejorar la eficiencia en la conversión óptico-eléctrica de las células solares de semiconductor; la segunda, como sistemas de filtrado y protección electromagnética de alta frecuencia en estructuras constructivas y edificios; y la tercera, para fabricación de materiales que puedan variar su comportamiento en función de la época del año.

En el caso de las células solares, se ha pensado en fabricación de películas formadas por determinado tipo de esferas dieléctricas, desordenadas y de diferentes tamaños, sintonizadas a las frecuencias del espectro visible e infrarrojo. “Este tipo de película permitiría incrementar la generación de corriente para diferentes valores de la longitud de onda de la luz y, por lo tanto, mejorar la eficiencia total de la célula solar”, explica Andueza. En cuanto a la protección electromagnética en estructuras constructivas y edificios, una monocapa de esferas dieléctricas puede ser introducida en tabiques, paredes, suelos y techos. “Sería posible aislar completamente una región del espacio en un rango determinado de frecuencia solo con incluir una placa laminada de un material de bajo índice de refracción para las microondas, sobre la que se introduzcan las esferas dieléctricas”, comenta Andueza.

Por último, se ha valorado la fabricación de materiales ópticamente sintonizables. Se trataría de utilizar películas formadas por esferas nanométricas con tamaños adaptados a la frecuencia de la radiación solar infrarroja. “Si combináramos las esferas con vidrios como los empleados en las ventanas, podríamos controlar la radiación solar”, dice el investigador. La radiación infrarroja es la principal responsable del calor producido por la luz solar. “Mediante esas películas podría filtrarse esa radiación y, en verano, evitar su entrada al interior de los edificios, mientras que en invierno la radiación solar, menos intensa, puede penetrar y calentar el interior“, detalla. Esta función se podría realizar utilizando materiales de soporte para las esferas que permitan variar la distancia entre las nanoesferas.

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