Lente plana projeta imagens no espaço livre

Com informações do NIST - 19/06/2013

A construção da lente plana foi possível graças a um metamaterial formado por nanocamadas de prata (verde) e dióxido de titânio (azul) alternada. A imagem do objeto flutua livremente no espaço no outro lado da lente.
[Imagem: Lezec/NIST]

Praticamente todas as lentes - o cristalino do nosso olho e as lentes das câmeras, microscópios e telescópios - são curvas, um formato que limita a abertura, ou a quantidade de luz que entra.

Agora, pela primeira vez, cientistas fabricaram um novo tipo de lente que é totalmente plana.

A lente plana dobra e focaliza a luz ultravioleta (UV) de uma forma tão incomum que ela pode criar imagens fantasmas de objetos 3D, projeções que flutuam no espaço livre.

Os pesquisadores dizem não haver limites para os usos dessa lente plana, mas citam como aplicações naturais o campos da fotolitografia, usada na fabricação dos processadores de computador, a manipulação de objetos em nanoescala e a nanofabricação.

Projeção fantasma

A construção da lente plana foi possível graças a um metamaterial formado por nanocamadas alternadas de prata e dióxido de titânio.

Até agora não havia sido possível construir metamateriais como esse, operando na faixa do ultravioleta, porque manipular esse comprimento de onda da luz exige estruturas com dimensões na faixa dos 10 nanômetros, algo que está na fronteira da microeletrônica atual.

Além de projetar uma réplica tridimensional do objeto no espaço livre, a lente plana também deverá permitir a transferência de detalhes das imagens substancialmente menores do que o comprimento de onda da luz, criando imagens de maior resolução do que é possível com as lentes feitas de materiais com índice de refração positivo, como o vidro.

Assim, ela deverá permitir aumentar a precisão da fotolitografia, desenvolvendo à técnica o favor pela sua própria criação.

Quando iluminado com luz UV, um objeto de qualquer formato, colocado sobre a camada plana do metamaterial, é projetado como uma imagem em três dimensões no espaço livre no outro lado da lente.

"As lentes convencionais só capturam duas dimensões de um objeto tridimensional," explica Ting Xu, do laboratório norte-americano NIST. "Nossa lente plana é capaz de projetar imagens tridimensionais de objetos tridimensionais com uma correspondência um-para-um com o objeto original."

Índice de refração negativo

A nova lente é formada a partir de uma placa plana de metamaterial com características especiais que fazem a luz fluir para trás - uma situação contra-intuitiva em que as ondas viajam em sentidos opostos, criando um índice de refração negativo.

Em 1967, o físico russo Victor Veselago descreveu a teoria de como um material que apresentasse tanto permissividade elétrica, quanto permeabilidade magnética negativas, teria um índice negativo de refração - permissividade é uma medida da resposta de um material a um campo elétrico, enquanto a permeabilidade é uma medida da resposta do material a um campo magnético.

Veselago mostrou que um material assim, com um índice de refração de -1, poderia ser usado para construir uma lente plana, em oposição às lentes de refração tradicionais, que são curvas.

Demorou mais de 30 anos, desde a previsão de Veselago, para que os cientistas tivessem à mão os metamateriais, que se tornaram famosos ao permitirem a criação de mantos da invisibilidade, mas que estão se mostrando muito mais versáteis do que se imaginava inicialmente.

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