Eletrônica

Metamaterial com índice negativo de refração opera em telecomunicações

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/12/2005

Engenheiros da Universidade Purdue, Estados Unidos, conseguiram produzir o primeiro "material canhoto" - um material que possui um índice de refração negativo - no comprimento de onda da luz utilizado nas telecomunicações. Este é um feito importante para a criação de uma nova geração de comunicações mais rápidas.

"Este trabalho representa um marco porque ele demonstra que é possível ter um índice de refração negativo na faixa óptica, o que aumenta a possibilidade de se controlar esse fenômeno para a óptica e as comunicações," diz Vladimir Shalaev, um dos pesquisadores.

O novo metamaterial consiste de minúsculas nanobarras de ouro, dispostas paralelamente, que conduzem nuvens de elétrons, chamados plasmons, em uma freqüência de luz conhecida como infravermelho próximo. O comprimento de onda do infravermelho próximo é de 1,5 mícron, o mesmo comprimento de onda utilizado nas comunicações por fibras ópticas.

As nanobarras são um exemplo de material capaz de reverter um fenômeno chamado refração, que ocorre quando ondas eletromagnéticas, aí incluída a luz, curvam-se ao passar de um material para outro. Essa curvatura é causada por uma alteração na velocidade da luz, que ocorre quando ela atravessa dois meios diferentes.

O índice de refração é justamente a medida dessa curvatura. Cada material tem seu próprio índice de refração, que descreve como a luz irá se curvar nesse material em particular e define o quanto a luz irá diminuir de velocidade quando atravessá-lo.

Controlar materiais que tenham um índice negativa de refração poderá tornar possível uma série de avanços tecnológicos:

a geração de imagens de objetos que são menores do que o comprimento de onda da luz visível, incluindo moléculas como o DNA.
o desenvolvimento da foto-nanolitografia, que permitirá a construção de circuitos integrados menores, resultando em computadores mais rápidos.
novos tipos de antenas e componentes eletrônicos, que utilizam ao luz no lugar da eletricidade, para transportar sinais e dados a serem processados, resultando em comunicações mais rápidas.

O principal obstáculo que tem impedido o desenvolvimento de equipamentos opto-eletrônicos é que os comprimentos de onda da luz são muito grandes para caber nas minúsculas saliências dos componentes e circuitos eletrônicos abaixo de um certo tamanho. Os nanomateriais plasmônicos, entretanto, tornam possível comprimir-se as ondas de luz, fazendo com que elas caibam em espaços muito menores.

As nanobarras de ouro conduzem nuvens de elétrons, todos se movendo em conjunto, como se fossem um único objeto, ao invés de milhões de elétrons individuais. Esses grupos de elétrons são conhecidos coletivamente como plasmons. Quando a luz de um laser é dirigida às nanobarras, ela induz uma "corrente eletro-óptica" no minúsculo circuito. Cada uma das nanobarras tem comprimentos entre 100 e 700 nanômetros.

"Essas barras conduzem eletricidade porque elas são um metal, produzindo um efeito que nós chamamos de indutância óptica, enquanto que o material entre as barras produz outro efeito, chamado capacitância óptica," explica Shalaev. "O resultado é a formação de um circuito eletromagnético muito pequeno, mas esse circuito funciona em freqüências mais altas do que os circuitos normais, em uma porção do espectro que nós chamamos de freqüências ópticas, que inclui o infravermelho próximo. Assim, nós criamos uma estrutura que funciona como um tipo de circuito óptico e interage efetivamente com os dois componentes de campo da luz: elétrico e magnético."

A descoberta será publicada no exemplar de 15 de Dezembro próximo do periódico Optics Letters.