Demonstrao experimental de refrao negativa com metamateriais hiperblicos

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 21/03/2022

Metamateriais hiperblicos

De que cor o coronavrus? No sabemos. Voc pode at ter visto alguma imagem “colorizada” de um ou outro vrus, mas as cores so colocadas por programas de computador para facilitar a visualizao.

Os microscpios pticos ainda so incapazes de gerar imagens coloridas e de alta resoluo de vrus e bactrias. Microscpios eletrnicos so usados para visualiz-los de maneira mais real, mas o ps-processamento demorado e as imagens resultantes esto disponveis apenas em preto e branco. O que vem depois arte, mrito do pesquisador que quer apresentar um trabalho melhor, colorindo cada elemento com uma cor diferente.

Pelo menos tem sido assim at agora.

Hanlyun Cho e seus colegas da Universidade de Cincia e Tecnologia de Pohang, na Coreia do Sul, usaram um metamaterial hiperblico vertical para criar, pela primeira vez, uma superlente que apresenta um ndice de refrao negativo na faixa visvel do espectro eletromagntico.

Um metamaterial hiperblico um material artificial que controla livremente a luz, permitindo obter a refrao negativa, que no existe em materiais naturais.

Quando a refrao negativa ocorre em todo o espectro visvel, torna-se possvel gerar imagens de alta resoluo alm do limite de difrao – isto que permitir a visualizao direta das cores originais de vrus, bactrias e outras estruturas microscpicas, que at agora s esto disponveis em preto e branco.

Refrao negativa no espectro visvel

Em termos tericos, j se sabia que a refrao negativa seria possvel em uma ampla largura de banda usando um metamaterial hiperblico vertical, mas isso nunca havia sido demonstrado na prtica devido ao seu difcil processo de fabricao – vrios campos de pesquisa esperam ansiosamente por esses materiais hiperblicos, incluindo os estudos sobre a curvatura do espao-tempo descrita por Einstein.

Para viabilizar essa tecnologia, a equipe estudou a relao entre as propriedades dos metamateriais hiperblicos e a espessura mxima da camada em que a refrao negativa possvel. Partindo desses primeiros princpios, Cho projetou um metamaterial hiperblico que pudesse ser fabricado com os equipamentos convencionais de nanoprocessamento – em outras palavras, o melhor que se poderia fazer com a tecnologia atual.

O metamaterial resultante apresentou refrao negativa na faixa de comprimento de onda de 450 a 550 nanmetros (nm). Teoricamente, o metamaterial hiperblico vertical pode apresentar refrao negativa em todo o domnio visvel, que vai de 350 a 700 nm; no entanto, as limitaes dos materiais e da tecnologia de fabricao limitaram o resultado prtico alcanado pela equipe a uma largura de banda de 100 nm.

Ainda assim um grande motivo para comemorao: Pela primeira vez em 50 anos foi possvel alcanar a refrao negativa no espectro visvel – desde que o matemtico Victor Veselago previu matematicamente a refrao negativa em 1968.

“Ns confirmamos a possibilidade de melhorar a estreita largura de banda – a maior desvantagem do metamaterial hiperblico horizontal convencional – verificando experimentalmente o metamaterial hiperblico vertical neste estudo,” observou o professor Junsuk Rho, que liderou o estudo. “Isso tem uma grande significncia, uma vez que mostra grande potencial de industrializao da nano-ptica, como gerao de imagens precisas de vrus e bactrias.”

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