Você sabe o que são metassuperfícies?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/09/2024

Apesar de as nanoantenas que compõem a metassuperfície serem claramente visíveis ao microscópio, se você tocá-la seus dedos lhe darão impressão de estar tocando uma folha lisa.
[Imagem: Borui Leng et al. - 10.37188/lam.2024.005]

Metassuperfícies

O que você acha de manipular a luz com folhas planas ultrafinas, em vez de lentes e espelhos volumosos, que precisam ser postos em grandes mesas à prova de vibrações e cuidadosamente configurados?

Pois é justamente isso o que fazem as metassuperfícies, uma tecnologia revolucionária composta por nanoestruturas que podem focalizar, desviar, torcer e até dobrar a luz, de maneiras nunca antes possíveis com a óptica tradicional.

As metassuperfícies, que são a versão plana dos metamateriais, são superfícies construídas artificialmente, compostas de nanoestruturas meticulosamente projetadas, cada uma menor que o comprimento de onda da luz.

Essas nanoesstruturas são essencialmente antenas de luz, e, como são elas que definem as propriedades desses materiais artificiais, elas são comumente conhecidas como meta-átomos do material - as propriedades das metassuperfícies e dos metamateriais são ditadas pela estrutura desses meta-átomos, e não por sua composição química, como ocorre nos materiais naturais.

Ao controlar precisamente a geometria e o posicionamento dessas nanoantenas, torna-se possível criar metassuperfícies que controlam precisamente a amplitude, a fase e a polarização das ondas de luz - tudo usando apenas uma interface bidimensional. Esse controle sem precedentes sobre as propriedades da luz abre uma vasta gama de aplicações potenciais, inatingíveis com materiais naturais.

Não por acaso, os cientistas chamam esses desenvolvimentos de "Revolução da Luz".

Demonstração recente de imagens holográficas 3D geradas por uma metassuperfície.
[Imagem: Chi Xu et al. - 10.1186/s43593-024-00065-7]

Tudo plano e leve

Os componentes ópticos tradicionais, como lentes e prismas, usam estruturas volumosas e curvaturas precisas para manipular a luz. Por outro lado, as metassuperfícies alcançam feitos ópticos semelhantes em uma fração do tamanho e da complexidade.

Assim, elas emergiram como uma alternativa plana, ultrafina e leve à óptica, abrindo caminho para dispositivos mais compactos e integrados.

As aplicações potenciais das metassuperfícies abrangem uma ampla gama de campos, incluindo direcionamento e foco de feixes de luz, holografia e imagens 3D, controle e análise de polarização, geração de feixes de luz exótica (luz torcida, luz em forma de rosquinha, bumerangues de luz, luz esculpida em 3D etc), geração de imagens, sensores biomédicos e camuflagem óptica.

As telas de metassuperfícies prometem super-resolução e baixo consumo.
[Imagem: Kamali et al. - 10.1038/s41377-023-01078-6]

Desafios

Embora as metassuperfícies ofereçam imenso potencial, e muito já foi demonstrado experimentalmente, ainda há desafios em sua fabricação e integração. Fabricá-las em larga escala com alta precisão e rapidez é um obstáculo ainda a ser superado.

Além disso, atingir todo o seu potencial de miniaturização exigirá lidar com a dependência de componentes acessórios, ainda volumosos, geralmente usados nas metassuperfícies atuais.

Uma câmera térmica compacta, feita com metassuperfícies, foi demonstrada há poucas semanas.
[Imagem: Xueji Wang/Purdue University]

Controle sem precedentes da luz

Pesquisadores em todo o mundo estão lidando ativamente com esses desafios, explorando técnicas inovadoras de nanofabricação e estratégias de integração.

Mas valerá a pena, porque o futuro das metassuperfícies promete um mundo onde a luz será aproveitada e manipulada com controle sem precedentes, levando a avanços transformadores em óptica, comunicações, sensores, imagens e muito mais.

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