Metassuperfície quasicristalina pode viabilizar imagens holográficas 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/07/2024

A tecnologia permite reconstruir imagens holográficas e exibir padrões de difração simultaneamente.
[Imagem: Chi Xu et al. - 10.1186/s43593-024-00065-7]

Metassuperfícies com estrutura quasicristalina

Reforçando a previsão de que se tornariam uma das tecnologias de maior impacto neste início de século, os metamateriais e as metassuperfícies começam agora a ajudar a impulsionar uma outra tecnologia que nunca cumpriu totalmente suas promessas: As imagens holográficas 3D.

Chi Xu e colegas do Instituto de Tecnologia de Pequim, na China, deram um salto na tecnologia das metassuperfícies ao desenvolver um novo sistema de nanoantenas que, simultaneamente, projeta imagens holográficas e cria padrões de difração especiais com simetria de rotação dez vezes maior.

O material artificial, que já nasce ultrafino, combina as propriedades únicas dos quasicristais com as técnicas de manipulação da luz dos metamateriais planos, ou metassuperfícies.

Tradicionalmente, as metassuperfícies são construídas a partir de elementos minúsculos, chamados meta-átomos, dispostos em uma grade regular. Este novo projeto rompe com essa abordagem ao posicionar os meta-átomos em um padrão quase-cristalino mais complexo - os quasicristais, embora ordenados, não possuem estruturas repetitivas.

Micrografia dos meta-átomos, também conhecidos como nanoantenas de luz, que formam a metassuperfície.
[Imagem: Chi Xu et al. - 10.1186/s43593-024-00065-7]

Multifuncionalidade

O arranjo inovador permitiu que as metassuperfícies atingissem duas funcionalidades ao mesmo tempo - e um maior número delas passa a ser possível.

Ao manipular a fase da luz, ela pode ser programada para reconstruir uma imagem a uma distância específica, gerando essencialmente imagens holográficas. Além disso, o arranjo de meta-átomos em um padrão quasicristalino cria padrões únicos de difração de luz visível no campo distante.

Este novo design oferece vantagens significativas em relação às metassuperfícies convencionais.

Primeiro, sua natureza multifuncional permite que uma única metassuperfície execute duas tarefas simultaneamente, simplificando o projeto das futuras telas holográficas. Em segundo lugar, o arranjo quasicristalino permite um controle mais preciso sobre a manipulação da luz.

As metassuperfícies quasicristalinas também têm vantagens únicas sobre os arranjos periódicos tradicionais. Por exemplo, elas podem ser projetadas combinando a simetria global da metassuperfície com a resposta local dos meta-átomos, o que permite obter funcionalidades adicionais, ainda a serem exploradas.

Método de decomposição do triângulo de Robinson e distância característica do arranjo quasicristalino, fugindo do padrão matricial típico das metassuperfícies.
[Imagem: Chi Xu et al. - 10.1186/s43593-024-00065-7]

Múltiplas aplicações

Este avanço abre caminho para uma nova geração de dispositivos ultrafinos com possibilidades interessantes, sobretudo telas holográficas finas e de alta resolução. Padrões de difração criteriosamente projetados com imagens holográficas de alta resolução são o caminho tanto para imagens 3D verdadeiras quanto para os tradicionais elementos antipirataria baseados em hologramas.

No campo da segurança, esta tecnologia promete recursos mais avançados, como elementos difrativos usados no combate à falsificação e na segurança das comunicações.

Além disso, dispositivos de comutação de luz ultrarrápidos e eficientes, para um sem-número de aplicações, ficam ao alcance de uma tecnologia com elevado nível de prontidão.

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