Descoberto limite fundamental de absorção de energia eletromagnética

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/03/2024

"Em qualquer campo, é raro encontrar um resultado verdadeiramente novo, fundamental e exato como este."
[Imagem: Pixabay/CC0 Public Domain]

Limite de absorção

Cientistas determinaram o limite teórico fundamental para a quantidade de energia eletromagnética que um material transparente com uma determinada espessura consegue absorver.

A descoberta ajudará os engenheiros a otimizar dispositivos projetados para bloquear certas frequências de radiação e, ao mesmo tempo, permitir a passagem de outras, para aplicações de comunicações secretas ou sem fio à criação de zonas livres de telecomunicações e até aplicações em saúde.

"Grande parte da física do Universo conhecido já tem soluções fundamentais ou é demasiado complexa para obtermos uma resposta exata," disse Willie Padilla, da Universidade Duke, nos EUA. "Em qualquer campo, é raro encontrar um resultado verdadeiramente novo, fundamental e exato como este."

Seja construindo uma antena ou desenvolvendo um novo protetor solar, há muitos casos em que certos tipos de luz devem ser absorvidos. Um truque para maximizar essa quantidade é aumentar a espessura do material que absorve a energia.

O problema era que, até agora, ninguém sabia como calcular a espessura necessária para que um material transparente proporcionasse essa absorção.

É um "truque matemático", mas com grandes implicações práticas.
[Imagem: Padilla et al. - 10.1515/nanoph-2023-0920]

Truque matemático

No início deste século, o físico russo Konstantin Rozanov descobriu a maior quantidade de luz em uma faixa de comprimento de onda que um dispositivo de certa espessura poderia absorver se um dos lados fosse revestido de metal. Este cenário cria um limite em um lado onde toda a luz é ou refletida ou absorvida, fornecendo uma restrição que abre caminho para uma abordagem matemática para resolver o problema.

"Rozanov usou um truque inteligente, no qual ele trabalhou no comprimento de onda em vez de na frequência," contou o pesquisador Yang Deng. "Mas, desde então, vários pesquisadores tentaram usar essa abordagem para este problema e falharam."

De fato, tirar aquela face de metal e permitir que a luz continue passando é algo totalmente diferente. Mas a equipe conseguiu resolver o problema usando uma nova abordagem matemática, no que eles chamam de "tirar um coelho de uma cartola matemática". "Olhando em retrospectiva está tudo claro, mas até os matemáticos chamam essas estratégias criativas de 'truques'," disse Padilla.

Aplicações práticas

Além da novidade de resolver um problema há muito estudado, os pesquisadores afirmam que seu trabalho tem implicações práticas em diversas áreas. Os absorvedores com face metálica não deixam passar nenhum tipo de energia eletromagnética, mas existem determinadas aplicações em que você pode querer bloquear algumas frequências e deixar outras passarem.

Por exemplo, os telefones celulares podem querer bloquear certos tipos de radiação eletromagnética prejudiciais, enquanto permitem a passagem de outros, como GPS ou Bluetooth. Conhecer os limites fundamentais desse tipo de objetivo permitirá que os engenheiros saibam quando não valerá o esforço insistir em tentar otimizar seus dispositivos.

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