Lente plana ultrafina converte calor em luz visível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/06/2025

A luz infravermelha passa pela metalente, é convertida em luz violeta e focada devido ao material e às estruturas especiais da metassuperfície.
[Imagem: U.Talts / ETH Zurich]

Visão de calor

Pesquisadores desenvolveram uma lente plana que é capaz de transformar a luz infravermelha em luz visível de modo extremamente simples: Reduzindo pela metade o comprimento de onda da luz que carrega as informações sobre o calor.

É mais uma novidade marcante em um campo que vem apresentando várias novidades, incluindo a expectativa realista de uma lente de contato de visão noturna.

As câmeras de visão noturna são caras e volumosas porque dependem de conjuntos de lentes grandes e pesadas e de sistemas eletrônicos para processamento das imagens. Por sorte, já podemos contar com as metalentes, viabilizadas pela tecnologia dos metamateriais e das metassuperfícies.

São lentes planas, que funcionam da mesma forma que as lentes normais, mas cerca de 40 vezes mais finas do que um fio de cabelo humano comum. Isto as torna também muito leves, já que não precisam ser feitas de vidro.

A mágica é feita por antenas de luz, os minúsculos meta-átomos que formam esse material artificial, cujo comportamento é ditado não por sua composição química, mas por sua estrutura física.

Quando combinadas com materiais especiais, essas nanoestruturas podem ser usadas para explorar outras propriedades incomuns da luz. Um exemplo é a óptica não linear, por meio da qual a luz pode ser convertida de uma cor para outra.

Na parte superior, processo de fabricação da metalente, usando uma solução depositada sobre um molde. Na parte inferior, um comparativo entre as lentes normais (esquerda), uma metalente tradicional (centro) e uma metalente não linear (direita).
[Imagem: Ülle-Linda Talts et al. - 10.1002/adma.202418957]

Conversão de infravermelho em luz visível

Ulle Talts e seus colegas do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Suíça, usaram como material para construção de sua lente conversora o niobato de lítio porque, além de apresentar propriedades ópticas exclusivas, este é um material fácil de trabalhar.

O processo não é muito diferente do que ocorre em uma caneta laser, na qual a luz infravermelha emitida por um LED atravessa um material cristalino de alta qualidade e gera luz com metade do comprimento de onda - neste caso, luz verde. O niobato de lítio faz isso, mas usá-lo para construir uma metalente permite tornar tudo muito mais compacto e eficiente.

"A solução contendo os precursores dos cristais de niobato de lítio pode ser estampada ainda em estado líquido. Funciona de forma semelhante à prensa de Gutenberg," disse Talts. "Quando o material é aquecido a 600 °C, ele adquire propriedades cristalinas que permitem a conversão da luz, como no caso da caneta laser verde."

Quando a luz infravermelha, com comprimento de onda de 800 nanômetros, atravesse a metalente, ela emerge do outro lado na forma de radiação visível, com comprimento de onda de 400 nanômetros. Essa mágica da conversão de luz só é possível graças à estrutura especial da metalente ultrafina e à sua composição, com um material que permite a ocorrência do que é conhecido como efeito óptico não linear. Esse efeito não se limita a um comprimento de onda de laser preciso, tornando o processo altamente versátil em uma ampla gama de aplicações.

Segundo os pesquisadores, esta técnica é adequada para produção em massa, já que um molde inverso pode ser usado múltiplas vezes, permitindo a impressão de quantas metalentes quantas forem necessárias. Além disso, a metalente é muito mais econômica e rápida de fabricar do que outros dispositivos ópticos miniaturizados de niobato de lítio.

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