Materiais Avançados

Da supertransparência para a invisibilidade real

Da transparência para a invisibilidade real
Os metafluidos e as metassuperfícies nasceram como cálculos matemáticos, mas migraram rapidamente para a prática.[Imagem: U. Oregon]

Supertransparência

A invisibilidade total pode não ser tão difícil de se obter - ou mesmo impossível - como os cientistas acreditavam até agora.

Embora os metamateriais e, mais recentemente, os feixes de invisibilidade, tenham rapidamente passado de uma curiosidade matemática para uma revolução tecnológica, uma invisibilidade realmente prática ainda parecia estar na fronteira entre os reinos da ficção e das possibilidades teóricas.

Não é o acreditam Boris Luk'yanchuk e seus colegas do Instituto de Armazenamento de Dados A*Star, de Cingapura.

Seus cálculos simplesmente detonam com as teorias atuais sobre os limites do espalhamento das ondas de luz e da própria visibilidade.

Dispersão de Rayleigh

Para entender a questão, lembre-se que é a dispersão da luz solar nas moléculas de gás na atmosfera da Terra o que faz o céu parecer azul, permitindo que vejamos um meio que, de outra forma, seria transparente.

Esse processo, conhecido como dispersão de Rayleigh, ocorre quando moléculas ou partículas são menores do que o comprimento de onda da luz que as atinge. Os cientistas têm considerado há muito tempo que todas as partículas sofrem dispersão de Rayleigh e que a quantidade mínima de dispersão ocorre quando o índice de refração - uma medida da "lentidão" da luz ao atravessar um meio em comparação com um vácuo - é inferior a dois. Água, ar e vidro satisfazem esta condição, sugerindo que a dispersão de Rayleigh que faz o azul do céu é o estado menos visível fisicamente possível.

Mas a equipe de Cingapura agora descobriu que a dispersão de Rayleigh pode ser suprimida em partículas transparentes que sejam menores do que o comprimento de onda da luz se seu índice de refração for suficientemente alto.

"Tem havido muitas tentativas para reduzir a dispersão. Por exemplo, a supressão da reflexão posterior dos sinais de radar tem sido amplamente estudada como parte do desenvolvimento das tecnologias de camuflagem. No entanto, mesmo as partículas transparentes muito pequenas têm algum grau de dispersão. Nós conseguimos revelar um novo fenômeno que pode ser usado para projetar materiais ópticos ultra-transparentes," disse Luk'yanchuk.

Invisibilidade possível

A dispersão de Rayleigh ocorre quando a luz é absorvida por uma molécula - produzindo uma separação de cargas positivas e negativas conhecida como dipolo elétrico - e re-emitida pelo dipolo na mesma energia. Isso pode ocorrer em todos os comprimentos de onda, mas é mais eficiente em comprimentos de onda curtos, razão pela qual o céu é mais azul (comprimento de onda mais curto) do que vermelho (comprimento de onda mais longo).

"Em nosso estudo teórico, descobrimos que, para materiais com índice de refração muito altos, a contribuição do dipolo elétrico se torna incrivelmente pequena," explicou Luk'yanchuk. "Especificamente, nós descobrimos que o modo dipolo elétrico em pequenas partículas de tais materiais é suprimido pela emergência de outro modo dipolo, resultando em uma dispersão ultrafraca, abaixo do limite de Rayleigh."

Como aconteceu com os metamateriais, que surgiram na teoria matemática conhecida como óptica transformacional e depois rapidamente passaram para a prática, a expectativa é que o mesmo possa acontecer com esses novos cálculos.

"O desafio agora é encontrar ou desenvolver materiais com um índice de refração suficientemente alto no comprimento de onda de interesse para suprimir a dispersão de Rayleigh," finalizou o pesquisador.

Bibliografia:

Suppression of scattering for small dielectric particles: anapole mode and invisibility
Boris Luk'yanchuk, Ramón Paniagua-Domínguez, Arseniy I. Kuznetsov, Andrey E. Miroshnichenko, Yuri S. Kivshar
Philosophical Transactions of The Royal Society A
Vol.: 375, 20160069
DOI: 10.1098/rsta.2016.0069




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