Ondas são presas no interior de material 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/10/2011

Observe as ondas em azul, presas no experimento, enquanto as ondas vermelhas, de mais alta energia, propagam-se pelo mesmo ambiente.
[Imagem: B.DeMarco/University of Illinois]

Ondas presas

Quando se pensa em uma onda, pode-se imaginá-la "ondulando", propagando-se ao longo de um material, ou sendo atenuada pelo material, até sua total dissipação.

Mas há coisas mais complicadas nesse reino - e muito mais estranhas.

Na verdade, as ondas podem ficar "travadas" no meio de um material - ou "localizadas", como os cientistas dizem.

Brian DeMarco e seus colegas da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, idealizaram experimentos que demonstram isto, ao estudar como as ondas se propagam em diferentes tipos de materiais.

Os resultados trazem um novo entendimento de como a desordem afeta as propriedades dos materiais, essencialmente, a propagação de ondas, ou a condução, através de materiais em três dimensões.

Localização de Anderson

Como ondas são usadas em todos os tipos de aplicações, de imagens médicas à eletrônica, a física por trás da desordem é fundamental para entender como imperfeições nos materiais usados nestas tecnologias afetam o comportamento das ondas.

Para o experimento, os cientistas criaram uma matéria quântica, materiais artificiais formados por gases atômicos resfriados a apenas alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto.

Isso permitiu que eles estudassem um tipo de desordem chamada Localização de Anderson, ou LA.

A teoria da LA descreve como qualquer tipo de onda - seja ela composta de luz, som ou a matéria quântica - pode ficar "localizada", ou presa, travada, em um determinado local, por causa da desordem.

Interferência destrutiva

O que os pesquisadores viram em seu experimento com matéria quântica pode ser igualmente verificado em uma sala de espetáculos.

Por exemplo, quando um violinista toca seu instrumento em uma sala de concertos, as ondas sonoras se propagam a partir dele em todas as direções, chegando aos ouvidos da plateia.

Salas de concerto de alta qualidade são projetadas para que haja um mínimo de reflexão dessas ondas sonoras.

Se elas refletirem em quaisquer obstáculos, as ondas sonoras refletidas podem sobrepor-se e se cancelar - a chamada interferência destrutiva -, resultando em pontos mortos ou regiões de volume baixo na sala de concertos.

Os balões funcionam como barreiras à propagação do som. Se houver uma desordem suficiente, o som do violino poderá ser inteiramente cancelado.
[Imagem: W. McGehee/B. DeMarco/University of Illinois]

Som preso no violino

Segundo a teoria da LA (Localização de Anderson), se inserirmos barreiras desordenadas pela sala de concertos, isso irá resultar em uma interferência destrutiva em todos os lugares, fazendo com que as ondas sonoras deixem de se propagar, essencialmente ficando presas ao violino.

O resultado? Um silêncio perfeito em todos os lugares da sala.

O violinista poderá continuar tocando seu instrumento, mas nenhum som deixará o violino, e a plateia poder pensar que está assistindo o show de um mímico.

O experimento demonstrou que a teoria está correta, e seria possível "desligar" o som emitido com uma "desordem suficientemente desordenada".

A rigor, a capacidade desse desligamento varia em função da energia das ondas: o esquema funciona melhor com ondas de baixa energia.

Aplicações práticas

Embora os pesquisadores tenham usado ondas de matéria quântica, em vez de ondas sonoras, e as barreiras tenham sido criadas usando um raio laser, eles demonstraram que, em alguns materiais, as ondas podem realmente ficar presas, mesmo que haja um caminho claro através das barreiras.

O que ainda não está claro é como os cientistas dos materiais tirarão proveito do efeito - que eles o farão, os avanços correntes na fotônica, na manipulação da luz e nos metamateriais estão aí para comprovar.

Mas a equipe de DeMarco parece estar mais interessada nos supercondutores. Eles acreditam que seu estudo pode ajudar a eliminar as barreiras a uma propagação ultra-eficiente da eletricidade no interior dos materiais.

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