Materiais invisíveis construídos com luz

Com informações da Universidade de Cambridge - 27/08/2014

A luz de um laser funciona como bilhões de agulhas que costuram nanopartículas de ouro.
[Imagem: Ventsislav Valev]

A chave para qualquer tipo de efeito de invisibilidade está na forma como a luz interage com um material.

Quando a luz atinge uma superfície, ou ela é absorvida ou refletida, que é o que nos permite ver os objetos.

No entanto, ajustando a estrutura dos materiais em nanoescala, é possível construir materiais com propriedades não encontradas na natureza. Esses materiais artificiais, ou metamateriais, podem controlar a maneira como a luz interage com eles.

No caso mais comum, a luz refletida por um metamaterial é forçada a refratar no caminho "errado", tornando os objetos invisíveis, ou fazendo-os parecer com qualquer outra coisa, gerando os mantos de invisibilidade.

Invisibilidade duplamente óptica

Agora, Lars Herrmann e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, desenvolveram uma técnica para construir as nanoestruturas dos metamateriais, as pequenas estruturas que manipulam a luz a seu bel-prazer, usando exatamente luz.

A luz de um laser funciona como bilhões de agulhas que costuram nanopartículas de ouro dispersas em água, formando cadeias longas muito precisas, capazes de manipular a luz incidente à vontade.

As cadeias de nanopartículas podem ser empilhadas em camadas, como se fossem blocos de Lego, produzindo metamateriais em larga escala, em quantidades e dimensões muito superiores ao que se consegue fazer por meio das técnicas convencionais usadas para os metamateriais puramente sólidos.

Em outras palavras, a equipe criou um metamaterial híbrido composto de matéria e luz, suspenso em um meio líquido, que pode ser fabricado em larga escala.

A ponte entre as partículas é gerada por quasipartículas chamadas plásmons de superfície.
[Imagem: Lars O. Herrmann et al. - 10.1038/ncomms5568]

Tecendo com luz

A fim de tecer as nanopartículas, os pesquisadores usaram moléculas em forma de barril chamadas cucurbiturilas. As cucurbiturilas funcionam como espaçadores, permitindo um grau muito elevado de controle sobre o espaço entre as nanopartículas, travando-as no lugar.

A fim de conectar eletricamente as nanopartículas, foi necessário construir uma ponte entre elas.

A chave para isso está justamente nas cucurbiturilas. Quando o laser é focado nos feixes de nanopartículas fixadas por seus suportes moleculares, geram-se plásmons de superfície, ondas de elétrons criadas na superfície condutora dos metais quando a luz incide sobre elas.

Esses elétrons concentram a energia do laser sobre os átomos na superfície das nanopartículas, unindo-as de modo a formar pontes elétricas.

Usando lasers ultrarrápidos é possível criar bilhões dessas pontes em rápida sucessão, tecendo as nanopartículas em cadeias longas, que podem ser monitoradas em tempo real.

"Nós conseguimos controlar as dimensões de uma forma que não era possível antes," disse Ventsislav Valev, membro da equipe. "Este nível de controle abre uma ampla gama de potenciais aplicações práticas."

Uma expectativa particularmente otimista seria que os pesquisadores conseguissem reproduzir a técnica usando moléculas em meio gasoso, em vez de em meio líquido - no ar ambiente, por exemplo -, o que abriria uma gama ainda maior de aplicações práticas.

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