Metamaterial plano leva óptica à escala atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/06/2011

Como são planos, os padrões do metamaterial seriam obtidos com a incorporação de "inclusões" no grafeno, em um processo parecido com a dopagem usada na fabricação de semicondutores, criando o que os cientistas chamam de "meta-moléculas".
[Imagem: Science/AAAS]

Metamateriais de grafeno

Os metamateriais têm estado presentes nas manchetes há alguns anos, graças às pesquisas com os chamados mantos da invisibilidade.

Esses materiais artificiais são construídos unindo unidades fundamentais, geralmente derivadas matematicamente, para formar um material com propriedades que não podem ser encontradas em nenhum material natural.

As propriedades do material em macroescala derivam do padrão, do formato e do tamanho desses blocos fundamentais - a propriedade mais explorada dos metamateriais tem sido a forma como eles interagem com as ondas eletromagnéticas ou acústicas.

Agora, dois pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, estão propondo a criação de metamateriais planos.

Essas estruturas bidimensionais seriam construídas com outra estrela do mundo científico, o grafeno, uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura.

Meta-moléculas

As propriedades do metamaterial plano, segundo Nader Engheta e Ashkan Vakil, podem ser obtidas controlando a condutividade elétrica das folhas de grafeno.

Como são planos, os padrões do metamaterial seriam obtidos com a incorporação de "inclusões" no grafeno, em um processo parecido com a dopagem usada na fabricação de semicondutores, criando o que os cientistas chamam de "meta-moléculas".

"Projetando as propriedades das inclusões, assim como seus formatos e densidades, você obtém no material como um todo algo que é incomum ou mesmo não disponível na natureza," afirmam os pesquisadores.

Como nos metamateriais 3-D, as propriedades incomuns estariam associadas com a manipulação das ondas eletromagnéticas, sobretudo na faixa do infravermelho.

A alteração do formato, velocidade e direção das ondas eletromagnéticas usando esses materiais sintéticos compõe um novo campo de pesquisas, chamado óptica transformacional, com aplicações que vão das telecomunicações à geração de imagens médicas.

Entre as aplicações dos metamateriais de grafeno estão lentes com apenas um átomo de espessura, capazes de focalizar a luz em espaços em escala atômica.
[Imagem: Science/AAAS]

Aparelhos transparentes

Entre as aplicações dos metamateriais de grafeno estão lentes com apenas um átomo de espessura, capazes de focalizar a luz em espaços em escala atômica.

Outra possibilidade é o cálculo de transformadas de Fourier, um aspecto fundamental do processamento de sinais, algo presente em todos os aparelhos eletrônicos que lidam com componentes de áudio ou vídeo.

"Isso vai abrir caminho para os dispositivos ópticos mais finos que se possa imaginar," disse Engheta. "Você não vai conseguir nada mais fino do que um átomo!"

Mesmo que alcancem vários átomos, materiais com espessura tão fina - os chamados filmes - têm a vantagem de serem transparentes, abrindo novas possibilidades de avanços na eletrônica de consumo.

Fibra óptica atômica

Os exemplos que Engheta e Vakil demonstraram com modelos de computador incluem uma folha de grafeno com duas áreas com condutividades diferentes, uma capaz de transmitir uma onda, e outra sem essa capacidade.

A fronteira entre as duas áreas atua como um muro, capaz de refletir uma onda eletromagnética dirigida sobre o grafeno de forma muito parecida com o que ocorre no espaço tridimensional de um metamaterial 3-D.

Outro exemplo envolve três regiões, uma que pode suportar uma onda, rodeada por duas outras que não podem. Isso produz um "guia de ondas", que funciona como uma espécie de cabo de fibra óptica com um átomo de espessura.

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