Los efectos ópticos están presentes en la naturaleza de formas muy curiosas que pueden maravillar al ser humano. Un ejemplo son los colores que adopta el cielo durante el transcurso de un día, fenómeno que se debe a la dispersión de Rayleigh[1]. Otro ejemplo es la aparición del arcoíris en días lluviosos, que ocurre gracias a la combinación de dos fenómenos físicos conocidos como reflexión[2] y refracción[3], provocados por el paso de la luz a través de las gotas de lluvia.

Otro efecto óptico cada vez más conocido, debido al uso masivo de las cámaras fotográficas, es el efecto Moiré o Muaré. Moiré se deriva del francés y alude a un tejido de seda importado de la antigua China. Sus hilos forman patrones que dan a la tela un aspecto peculiar en forma de franjas oscuras. El efecto Moiré es visible entre estas telas debido a que el ojo humano, compuesto por diminutos fotorreceptores, interpreta este patrón de luz como franjas oscuras. A medida que aumenta el número de líneas, se vuelve más difícil para el ojo distinguir entre líneas individuales, facilitando así la aparición del efecto.

Un ejemplo común de este efecto se observa al fotografiar pantallas de televisión o computadoras, donde aparecen patrones visibles de franjas oscuras o figuras geométricas distorsionadas. Este fenómeno ocurre debido a la interacción entre el patrón de la malla de píxeles de la pantalla y el patrón de la matriz del sensor de la cámara, que interfieren entre sí y crea un tercer patrón conocido como el patrón de Moiré. La ocurrencia de este efecto puede ser problemático en el área de la fotografía, ya que puede complicar, por ejemplo, el estudio de ciertos tipos de aves, cuyo plumaje presenta un patrón geométrico repetitivo y bien definido que, al ser fotografiado, genera dicho efecto.

El efecto Moiré también tiene aplicaciones útiles en la ciencia. En el campo de la física cuántica y los nanomateriales, se descubrió recientemente que al rotar a un pequeño ángulo dos láminas de grafeno[4], una sobre otra, se forma un patrón de Moiré. Cuando este patrón periódico alcanza su tamaño óptimo y se combina con ciertas condiciones experimentales, el material puede mostrar propiedades de superconductividad o de aislante, un efecto que la física clásica no puede explicar. Este proceso representa un avance significativo, ya que permite utilizar estos materiales en forma de lámina para desarrollar una nueva generación de semiconductores[5], con aplicaciones potenciales en la computación cuántica[6].

En mecánica de materiales, el efecto Moiré se emplea para medir la deformación que sufren los materiales bajo fuerzas externas. Esta aplicación se conoce como interferometría de Moiré, que destaca por su alta sensibilidad para medir pequeñas deformaciones en el orden de micras (la millonésima parte de un metro) en la superficie de un material. En el Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. (CICY) se cuenta con los recursos necesarios para implementar esta técnica óptica a nivel experimental. Esta técnica se ha utilizado para evaluar de forma no destructiva las deformaciones en materiales compuestos de fibras de carbono, utilizados en la construcción de aviones, carros de Fórmula 1 y bicicletas deportivas. Su implementación permite obtener información valiosa sobre cómo una fuerza externa interactúa en los sitios donde el material podría comenzar a agrietarse y cómo la adición de nanomateriales, como el grafeno, en esos sitios críticos contribuye a prevenir estas fallas. Dado que las deformaciones en un material compuesto de fibra de carbono son tan pequeñas, las técnicas modernas para medir deformaciones mecánicas no siempre cuentan con la resolución necesaria para detectar estos fenómenos.

Es así como estos curiosos patrones de Moiré, que a menudo se observan en algunas fotografías, cobran importancia en la investigación científica. Es realmente fascinante cómo el entendimiento y la exploración de un efecto óptico presente en nuestra vida diaria pueden ser aplicados con mucho ingenio y algo de conocimiento en el desarrollo de los materiales del futuro. ¿Cuál será la siguiente aplicación?

[1] Fenómeno óptico que explica cómo la luz se dispersa en diferentes direcciones al atravesar la atmósfera.

[2] Fenómeno óptico en el cual un rayo de luz rebota al encontrarse con una superficie.

[3] Fenómeno óptico en el cual un rayo de luz cambia de dirección al pasar a través de un medio diferente.

[4] Una lámina de átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal. Este arreglo de átomos es similar al que se encuentra en el grafito de un lápiz.

[5] Material que controla el flujo eléctrico, utilizado en la fabricación de microchips.

[6] Computación basada en principios de mecánica cuántica.