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Novo Metamaterial Pode Resultar em Superlentes (NT008)

Em 2009, cientistas da Universidade de Rice (USA) desenvolveram um tipo de metamaterial que pode resultar em dispositivos ópticos extremamente eficientes com aplicações em células solares ou mesmo em vestimentas invisíveis. Para os leitores que não sabem, metamateriais são dispositivos baseados na plasmônica os quais apresentam índices de refração negativos.

A luz ao atravessar tais materiais desvia-se segundo ângulos completamente diferentes do que a física tradicional prevê, o que pode resultar em aplicações bastante estranhas como a roupa que torna invisível uma pessoa. Estes materiais desviariam a luz numa trajetória em torno do corpo, fazendo-a emergir do outro lado segundo o mesmo ângulo de incidência. Isso faria com que o objeto fosse contornado não sendo, portanto, visível!

 

O fenômeno da refração bem conhecido no caso da água e no caso de um metamaterial.

 

Chips plasmônicos que utilizam metamateriais já estão sendo analisados como uma possibilidade real da optoeletrônica do futuro, levando a processadores extremamente rápidos, já que operam não com correntes elétricas mas sim com a luz.

Pois bem, o pesquisador Naomi Halas um pioneiro da nanofotônica e o estudante graduado Nikolay Mirin  criaram um material que coleta luz de qualquer direção e a emite numa direção única. O Mateial se baseia em partículas em forma de taça denominadas “nanocups”. No jormal Nano Letters os dois explicam como eles isolaram as nanocups para criar o fenômeno de curvatura da luz.

Numa pesquisa anterior, Mirin tentou criar um filme de ouro com nano-buracos quando lhe ocorreu a idéia de criar as nanocups. O efeito das nano-taças já era conhecido pelos pesquisadores, mas até então ninguém havia conseguido montá-las de forma a fazer com que elas tivessem uma orientação alinhada.

A solução dada pelo pesquisador utiliza duas camadas finas de ouro depositadas em diversos ângulos sobre nanopartículas de polistireno, ou látex, as quais estão distribuídas aleatoriamente num substrato de vidro. As taças que são formadas em torno das partículas e as próprias partículas do dielétrico sobressaem do substrato, obtendo-se uma estrutura organizada. Forma-se então um metamaterial , uma substância que tem propriedades ópticas que depende de sua estrutura e não de sua composição. Na figura 2 temos o aspecto das nano-taças (nanocups).

Nano-taças formadas sob uma camada de ouro.

 

A propriedade principal de captar luz de qualquer direção e focalizá-la numa única direção é extraordinária do ponto de vista das aplicações. Pode-se fazer, por exemplo, que o material dobre a luz incidente de modo que ela volte aos olhos de um observador o que o tornará invisível. Não será possível identificar a cor ainda do objeto que estaria por trás, mas isso é questão de tempo, segundo os pesquisadores.

Segundo os pesquisadores as pequenas taças funcionam como antenas tridimensionais, focalizando a luz de tal forma que são produzidos plásmons. Os plásmons são ondas eletromagnéticas que se propagam na superfície de um material, com propriedades importantes que deram até origem a uma nova ciência, a plasmônica. Estas pequenas taças podem operar tanto com ondas eletromagnéticas da faixa visível como abaixo da luz visível.

A propriedade que estas estruturas têm de focalizar a luz num único ponto independentemente da direção de onda procede as torna ideal para a aplicação em painéis solares. Eles não precisariam ser direcionados de acordo com o movimento do sol, pois independentemente da direção de onde a luz viria, ela seria focalizada sempre no mesmo ponto. Outras aplicações possíveis seriam em chips onde a luz seria usada para transportar os sinais e em superlentes para serem usadas em espectroscopia.

 

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