A redução do coeficiente de absorção da luz pelos metamateriais, agora obtida com o novo filme híbrido, dá aos metamateriais a possibilidade de eles se tornarem ativos. [Imagem: Birck Nanotechnology Center]
Pesquisadores da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, superaram um dos maiores obstáculos para um uso mais amplo dos metamateriais nas tecnologias ópticas, incluindo microscópios ultra poderosos e telecomunicações.
Apesar dos avanços significativos nos chamados mantos da invisibilidade, os metamateriais “perdem” grande parte da luz que devem manipular, absorvida pelos metais usados na construção dessas estruturas artificiais.
Agora, eles não apenas deixaram de absorver, como ganharam a capacidade de amplificá-la.
Meio de ganho
A equipe do Dr. Vladimir Shalaev resolveu o problema da absorção dos metamateriais criando uma película superfina, parecida com uma rede de pesca – mas com “furos” de apenas 100 nanômetros de diâmetro – construída com camadas sucessivas de prata e óxido de alumínio.
Depois que o material estava estruturado, a porção de óxido de alumínio foi lixiviada e substituída por um “meio de ganho”, um corante capaz de amplificar a luz.
Vários outros pesquisadores já haviam tentado essa abordagem, mas a amplificação obtida nunca foi suficiente para contrabalançar as perdas por absorção da luz.
O que os pesquisadores agora conseguiram foi inserir o corante entre duas camadas de prata, onde o “campo local” da luz é muito mais forte do que na superfície do filme, permitindo que o meio de ganho opere com uma eficiência 50 vezes maior.
Metamateriais e óptica transformacional
Ao contrário dos materiais encontrados na natureza, os metamateriais são capazes de reduzir o índice de refração para menos do que um ou mesmo torná-lo negativo. A refração ocorre quando as ondas eletromagnéticas – incluindo a luz – dobram-se ao passar de um meio para outro. É isto que faz uma colher parecer torta quando ela é mergulhada em um copo com água.
Os metamateriais, abrindo a possibilidade de se trabalhar com índices de refração negativo, ou entre zero e um, estão criando um novo campo de pesquisas e aplicações, chamado óptica transformacional.
As possibilidades de aplicação da óptica transformacional incluem, entre muitas outras, hiperlentes planas, teoricamente capazes de tornar os microscópios 10 vezes mais poderosos, permitindo ver objetos tão pequenos quanto as moléculas de DNA. E, claro, “mantos da invisibilidade”.
Amplificação da luz
A redução do coeficiente de absorção da luz pelos metamateriais, agora obtida com o novo filme híbrido, dá aos metamateriais a possibilidade de eles se tornarem ativos.
“O que é realmente importante é que o coeficiente de absorção pode ser muito pequeno, um milionésimo do que era antes da nossa técnica,” afirma Shalaev. “Nós podemos até mesmo obter amplificação da luz em vez de absorção. Aqui, pela primeira vez, nós mostramos que os metamateriais podem ter um índice de refração negativo e ainda amplificar a luz.”
Os cientistas planejam agora prosseguir em um rumo um pouco diferente das outras equipes que trabalham com os mecanismos de invisibilidade. Eles estão interessados em usar eletricidade, em vez de fontes de luz, como os lasers semicondutores usados atualmente, o que poderá tornar os metamateriais mais práticos para aplicações na área da eletrônica, nos computadores e na transmissão de dados.
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