Eletrônica

Manipulando a luz à vontade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/08/2011

Manipulando a luz à vontade
O metamaterial permite manipular a luz de forma quase tão flexível quanto a eletrônica consegue manipular os fluxos de elétrons. [Imagem: Duke University]

Canivete suíço para a luz

Os metamateriais e outros dispositivos fotônicos têm permitido aos cientistas lidar com a luz com uma flexibilidade cada vez maior.

Torcer a luz e aprisionar arco-íris são alguns exemplos dessas pesquisas recentes, que têm importância crucial para que a tecnologia possa cruzar a fronteira entre a eletrônica atual e a fotônica do futuro.

Mas um grupo de engenheiros agora afirma ter construído uma espécie de "canivete suíço" para lidar com a luz.

Alec Rose e seus colegas da Universidade Duke, nos Estados Unidos, afirmam ter desenvolvido um material que permite manipular a luz de forma quase tão flexível quanto a eletrônica consegue manipular os fluxos de elétrons.

Até agora, o melhor que havia sido alcançado eram raios plasmônicos curvos, que ondulam como se fosse uma corda agitada por uma das pontas.

Não-linearidade

A solução mais versátil para a manipulação da luz foi encontrada nos metamateriais, mais conhecidos pelas suas aplicações nos mantos de invisibilidade.

A luz que entra em um metamaterial pode ser refletida, refratada ou atenuada. Contudo, ao sair do outro lado, continuará sendo o mesmo raio de luz - um fenômeno conhecido como linearidade.

"Para alguns feixes de luz muito intensos, contudo, certos materiais 'não-lineares' violam essa regra básica, convertendo a energia de entrada em um novo feixe de luz inteiramente distinto, com o dobro da frequência original," explica Rose.

Esse segundo feixe, conhecido como segunda harmônica, já é explorado na alteração de cores em raios laser. Mas os materiais não-lineares usados para isso são frágeis e é muito difícil ajustá-los para controlar a direção da segunda harmônica.

O que os pesquisadores fizeram foi desenvolver um metamaterial que consegue guiar a segunda harmônica. "O dispositivo simultaneamente dobra e reflete as ondas que entram na direção que queremos," afirma Rose.

Comunicação inteiramente óptica

O dispositivo mede 20 centímetros de comprimento por 15 centímetros de largura e cerca de um centímetro de altura. Ele foi construído com segmentos individuais feitos do material de fibra de vidro utilizado nas placas de circuito impresso.

Cada segmento recebe círculos de cobre estampados sobre a superfície. Cada círculo tem um pequeno intervalo, com uma ponte formada por um diodo. Quando é excitado pela luz que passa através dele, o diodo quebra a simetria natural da onda, criando a não-linearidade.

"Essa magnitude de controle sobre a luz é exclusiva dos metamateriais não-lineares, e pode ter consequências importantes para a comunicação inteiramente óptica, onde a capacidade de manipular a luz é crucial," disse Rose.

"A tendência no campo das telecomunicações é definitivamente óptica," afirma Rose. "Ser capaz de controlar a luz da mesma maneira que a eletrônica controla as correntes elétricas é um passo importante para transformar as atuais tecnologias de telecomunicações."

Bibliografia:

Controlling the Second Harmonic in a Phase-Matched Negative-Index Metamaterial
Alec Rose, Da Huang, David R. Smith
Physical Review Letters
August 2011
Vol.: 107, 063902
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.063902
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