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Índice negativo de refração é obtido com metais

Índice negativo de refração é obtido com metais
Esta montagem ilustra o conceito do índice de refração negativa da luz. Até agora, acreditava-se que o fenômeno só pudesse ser obtido em materiais muito complexos. [Imagem: TUVienna]

Desviando a luz para o lado errado

O grande mérito dos metamateriais é a sua capacidade de gerar índices negativos de refração da luz - fazer a luz dobrar para o "lado errado", ao contrário do que acontece, por exemplo, quando você coloca um canudo dentro de um copo com água.

Mas Andrei Pimenov e Sebastian Engelbrecht, da Universidade de Viena, na Áustria, descobriram que não é preciso construir um material artificial para obter um índice negativo de refração da luz: eles conseguiram isso usando metais e um campo magnético.

O feito poderá ter impactos significativos no campo da óptica - pense nos microscópios, telescópios, fibras ópticas e, principalmente, nos computadores fotônicos.

Imagine um carro que passe por uma poça d'água na beira da estrada, fazendo com que duas rodas girem mais rapidamente do que as rodas do lado oposto. Isto vai alterar a direção do carro, que vai sair rodopiando.

É mais ou menos isso que acontece quando a luz passa pela interface entre dois materiais, nos quais ela viaja em velocidades distintas - e ar e a água, no nosso exemplo do canudo, por exemplo.

Refração negativa em metais

Até agora se acreditava que isso só pudesse ser feito em materiais construídos com estruturas microscópicas muito intrincadas e periódicas - os metamateriais.

Mas os pesquisadores agora demonstraram que metais comuns, como o ferro, o níquel e o cobalto, podem fazer o truque com a ajuda de um campo magnético.

Índice negativo de refração é obtido com metais
O feixe de luz - foram usadas micro-ondas no experimento - entra no metal e é refratado na direção oposta (esquerda) em comparação com o comportamento usual da luz nos materiais naturais (direita). [Imagem: TUVienna]

Devido aos efeitos da ressonância magnética em folhas finas desses metais, a luz é virada drasticamente quando atinge sua superfície. No interior do metal, ela vira para outra direção, como se houvesse um espelho lá dentro.

"Nós colocamos o metal sob um forte campo magnético e o irradiamos com luz com o comprimento de onda precisamente necessário," diz Pimenov. Eles usaram radiação na faixa das micro-ondas, que consegue penetrar as folhas de metal.

"Nós demonstramos que, no cobalto puro, e em uma liga de Fe/Co os valores negativos [do índice de refração] podem de fato ser alcançados próximo à frequência de ressonância ferromagnética," escrevem os pesquisadores.

Resolução infinita

E, mais importante ainda para os usos práticos, "valores grandes de refração negativa podem ser obtidos a temperatura ambiente, e eles podem ser facilmente ajustados em campos magnéticos moderados".

A descoberta é promissora para o campo da microscopia e das lentes em geral. A resolução de uma lente é limitada pelo comprimento de onda da luz - uma longa onda de radar nunca conseguirá detectar um pássaro ou uma borboleta, e a luz visível nunca permitirá que se enxergue diretamente um átomo.

"Mas usando um material com um índice negativo de refração," diz Pimenov, "teoricamente poderemos alcançar resoluções infinitas."

E a possibilidade de usar metais, em vez dos complicados e grandes metamateriais, abre a possibilidade de que isto possa ser feito de forma mais prática.

Há poucos meses, a equipe do Dr. Pimenov demonstrou como a rotação da luz pode ser usada para criar um transístor óptico.

Bibliografia:

Negative refraction in natural ferromagnetic metals
S. Engelbrecht, A. M. Shuvaev, Y. Luo, V. Moshnyaga, A. Pimenov
EPL
August 2011
Vol.: 95, 3 (2011)
DOI: 10.1209/0295-5075/95/37005




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