Cuando se irradia un material con un elevado número de pulsos láser intensos y de muy corta duración se forman estructuras periódicas (franjas paralelas separadas típicamente por centenas de nanómetros) en la superficie del material.

Estas franjas no se escriben una por una con el láser sino que emergen espontáneamente por un proceso de auto-organización del material, un mecanismo universal que se manifiesta en casi todos los materiales. Sin embargo, los expertos desconocían los mecanismos físicos exactos que dan lugar a esas estructuras y que permitirían controlar su formación.

Ahora, el estudio publicado en la revista ‘ACS Photonics’ observa y caracteriza por primera vez estos procesos con una técnica experimental desarrollada por el equipo liderado por Jan Siegel, investigador del CSIC en el Instituto de Óptica.

Los científicos han empleado pulsos láser de muy corta duración (100 femtosegundos, igual a 10-13 segundos) tanto para fabricar estructuras periódicas de alta calidad como para revelar el mecanismo de su formación a cámara lenta.

REPLICAR ESTAS ESTRUCTURAS

“Dada la corta duración de estos pulsos, la luz pulsada se convierte en una excelente herramienta para observar procesos físicos con tiempos de vida ultracortos”, explicó Mario García-Lechuga, científico del CSIC en el Instituto de Óptica, que añadió que “combinando esos pulsos con un microscopio y una cámara se obtienen fotogramas de la superficie del material en diferentes momentos de su formación, con una resolución temporal y espacial extraordinaria”.

En base a estos fotogramas y su posterior análisis combinado con modelado teórico se han podido identificar los diferentes procesos involucrados en la formación, sus tiempos característicos y las modificaciones finales que se producen en el material.

Además, el trabajo demuestra que mediante la variación de las condiciones de irradiación del material se puede controlar el tamaño de las estructuras de manera continua, desde separaciones de cuatro micrómetros hasta pocas centenas de nanómetro.

Este estudio se enmarca en el proyecto europeo LiNaBioFluid, del programa H2020, que intenta reproducir con láser la estructura de la piel y los caparazones de algunos animales con propiedades sorprendentes con el objetivo de replicar estas estructuras en otros materiales y beneficiarse de sus propiedades.