Gel magnético promete ajudar a produzir hologramas 3D

Com informações da Umich - 22/01/2018

A pesquisadora Minjeong Cha segura uma amostra do gel composto por nanopartículas quiromagnéticas, que servem como conduítes para a modulação da luz.
[Imagem: Joseph Xu/UM]

Manipulação magnética da luz

Na busca por imagens verdadeiramente 3D, que flutuam ao ar livre, incluindo as abordagens conhecidas hologramas 3D, têm sido criadas várias tecnologias que usam campos magnéticos para alterar o caminho da luz para que as imagens se formem e possam ser vistas de qualquer ângulo.

Contudo, esses materiais tipicamente são opacos e frágeis, e alguns só funcionam em temperaturas tão frias como o vácuo do espaço. Atrapalhando as pesquisas para superar essas dificuldades, esses materiais são tipicamente muito caros.

Agora, pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (Ufscar) da Universidade de Michigan (EUA) demonstraram que nanopartículas de baixo custo dispersas em um gel podem substituir esses materiais tradicionais a um custo drasticamente reduzido - de 20 a 300 vezes menor. E mais, o gel funciona a temperatura ambiente.

Isto abre um mundo de possibilidades para o uso de campos magnéticos para modular a luz, com aplicações não apenas na holografia, mas também em sensores de veículos autônomos, comunicação no espaço e redes ópticas sem fio.

Gel com nanopartículas

Os pesquisadores produziram um gel no qual são dispersas nanopartículas feitas de óxido de cobalto, um semicondutor magnético de cor branca de baixo custo.

Um campo magnético externo atua sobre essas nanopartículas para controlar a luz torcida, um estranho mundo novo da luz em que os feixes são girados sobre o próprio eixo como se fossem um cordão cujas pontas são seguradas pelos indicadores e polegares das duas mãos e então giradas.

Como a luz entra em seu padrão normal, o truque foi literalmente torcer as próprias nanopartículas, o que feito feito cobrindo-as com aminoácidos. A torção pode ser para direita ou para a esquerda, dando-lhes uma propriedade chamada quiralidade.

A quiralidade das nanopartículas produziu uma maior sensibilidade ao magnetismo e também fortaleceu as interações com a luz torcida - mais formalmente conhecida como "luz polarizada circularmente". Os pesquisadores demonstraram que, ao suspender as nanopartículas em um gel transparente, elástico e à temperatura ambiente, a intensidade da luz polarizada circularmente pode ser alterada aplicando um campo magnético.

"Isso abre o caminho para a ampla proliferação de dispositivos magneto-ópticos com interessantes possibilidades emergentes em monitores 3D e holografia em tempo real - todos usando luz de polarização circular," disse o professor Nicholas Kotov. "Além disso, o tamanho minúsculo das nanopartículas permite seu uso na engenharia da computação e na fabricação em larga escala de compósitos magneto-ópticos."

Holografia 3D e LIDAR

Até agora, os experimentos para demonstrar como o caminho, a velocidade e a intensidade da na luz podem ser controlados com campos magnéticos têm-se baseado em metais caros e raros, como o európio, o cério e o ítrio. Essa capacidade de manipular a luz já está em uso comercial em cabos de alta velocidade de fibra óptica na internet. Mas os custos e a temperatura dos componentes vêm atrapalhando o uso mais amplo da tecnologia.

Uma solução econômica e que funcione em temperatura ambiente promete ajudar não apenas as pesquisas rumos a monitores em 3D e projetores holográficos, mas também a uma nova geração da tecnologia LIDAR (da sigla em inglês Light Detection And Ranging). Essa técnica, também conhecida como "radar de luz", mede propriedades da luz refletida de modo a obter a distância ou outras informações, o que a colocou como uma das principais opções para dar "visão" aos veículos autônomos, ou sem motorista.

Esta matéria é uma visão alternativa das possibilidades de aplicação prática relatadas no artigo "Novo passo rumo a um material totalmente invisível" - ambas referem-se à mesma pesquisa.

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