Materiais não-hermitianos: os sólidos que a luz não vê

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/09/2015

O que acontece com a luz quando entra em um material comum (em cima) e como será seu comportamento no novo material (embaixo).
[Imagem: TU Wien]

Manipulação interna da luz

Quando uma onda de luz penetra em um material, ela é alterada drasticamente pela estrutura desse material. Fenômenos como a dispersão e a difração geram uma sobreposição de ondas, o que resulta em um padrão complexo de pontos mais escuros e mais claros no interior do material.

Mas não precisa ser assim.

A exemplo do que já vem acontecendo com os metamateriais, que manipulam as ondas eletromagnéticas do lado de fora dos materiais, é possível também manipulá-las lá dentro, abrindo um campo de aplicações completamente novo.

Materiais não-hermitianos

Konstantinos Makris e Stefan Rotter, da Universidade de Tecnologia de Viena (Áustria) descobriram uma nova solução para a equação de ondas que mostra que é possível construir materiais artificiais, com estruturas internas cuidadosamente definidas, que poderão amplificar a luz - como um laser - ou absorver localmente a luz - como os óculos de sol -, suprimindo completamente fenômenos como a dispersão e a difração.

Isto significa manter a mesma intensidade da luz ao longo de todo o material, fazendo-a ser tão brilhante em cada ponto do espaço como se o objeto não estivesse lá.

"Quando esses processos são possíveis, temos que empregar uma descrição matemática da onda de luz que é bastante diferente da que usamos para os materiais normais e transparentes," explicou o professor Stefan Rotter. "Neste caso, falamos de mídias não-hermitianas." - o termo é uma referência ao matemático francês Charles Hermite.

Invisibilidade interior

As ondas têm intensidade constante ao longo de todo o material - as áreas vermelhas e azuis correspondem a zonas de perda e ganho da luz.
[Imagem: K. G. Makris et al. - 10.1038/ncomms8257]

Assim como os metamateriais começaram como curiosidades matemáticas, e hoje já são candidatos a usos práticos - da identificação de vozes em uma festa à invisibilidade mecânica para engenharia e arquitetura -, esses novos materiais poderão ser úteis para uma infinidade de aplicações tecnológicas na óptica em geral, e na computação e na transmissão de dados em particular.

Em certo sentido, o material fica completamente invisível para a onda, que não sofre nenhuma alteração, o que permite preservar qualquer informação que ela carregue.

"O princípio dos nossos materiais não-hermitianos, no entanto, é bastante diferente [dos metamateriais]," comparou Rotter. "A onda de luz não é dobrada ao redor do objeto, mas penetra nele completamente. A forma como o material influencia a onda, contudo, é totalmente cancelada por uma interação cuidadosamente ajustada de amplificação e absorção."

O grupo anunciou que já está trabalhando no desenvolvimento dos primeiros protótipos de materiais não-hermitianos. "Com o nosso trabalho abrimos uma porta, por trás da qual esperamos encontrar uma infinidade de novos insights interessantes," disse Konstantinos Makris.

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