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Materiais Avançados

Lentes planas agora reconfiguráveis como telas de cristal líquido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/09/2020

Lentes planas agora reconfiguráveis como telas de cristal líquido
As metalentes são planas e microscópicas - e agora podem ser reajustadas em tempo real, de acordo com a aplicação.
[Imagem: Giuseppe Strangi/Federico Capasso]

Metalentes

Por mais de 500 anos, os humanos dominaram a arte de refratar a luz transformando o vidro em lentes e, em seguida, curvando ou combinando essas lentes para amplificar e clarificar imagens próximas e distantes, criando de microscópios a telescópios.

Mas, na última década, o que começou como uma curiosidade matemática transformou-se em um novo campo de estudos, conhecido como óptica transformacional, dando origem a materiais artificiais capazes de manipular a luz de um modo que nenhum material natural consegue - fazendo coisas como índices de refração negativos, por exemplo.

Foi então que surgiram os metamateriais e as metassuperfícies, com antenas microscópicas difratando e moldando os feixes de luz da mesma forma que uma lente de vidro, mas sem as aberrações que naturalmente limitam o vidro, porque, entre outras coisas, elas são lentes planas - uma equipe brasileira recentemente construiu sua própria versão dessas metalentes.

As metalentes mudaram o campo da óptica porque permitem projetar a frente de onda controlando a fase, a amplitude e a polarização da luz. Mas, assim como uma lente de vidro é fabricada com as características que se espera delas, as metalentes funcionam sempre do jeito previsto em sua construção.

Metalentes reconfiguráveis

Mas isso agora mudou, graças ao trabalho de Andrew Lininger e uma equipe das universidades Case Western e Harvard, nos EUA: eles tornaram as metalentes ainda mais úteis tornando-as reconfiguráveis, ou seja, agora é possível ajustar o comportamento da lente depois que ela está pronta.

Lininger fez isso aproveitando forças em nanoescala para infiltrar cristais líquidos entre as nanoantenas - os pilares microscópicos que dão funcionalidade aos metamateriais, metassuperfícies e metalentes. A seguir, esses cristais líquidos são usados para moldar e difratar a luz de maneiras completamente novas, por exemplo, ajustando o foco da lente.

Os cristais líquidos - usados em todas as telas - são especialmente úteis porque podem ser manipulados termicamente, eletricamente, magneticamente ou opticamente, o que cria o potencial para lentes flexíveis ou reconfiguráveis.

A mesclagem dos cristais líquidos com as metassuperfícies oferece uma alternativa às microlentes de cristal líquido desenvolvidas recentemente por uma equipe chinesa.

Lentes planas agora reconfiguráveis como telas de cristal líquido
Protótipos das metalentes reconfiguráveis.
[Imagem: Giuseppe Strangi/Federico Capasso]

Rumo à indústria

"Esse é apenas o primeiro passo, mas as possibilidades de uso dessas lentes são muitas e já fomos procurados por empresas interessadas nessa tecnologia," anunciou o professor Giuseppe Strangi, um dos coordenadores da pesquisa.

O interesse deverá ser realmente grande, uma vez que a mesclagem com cristais líquidos elimina talvez a única limitação das metassuperfícies, que é sua forma fixa. A possibilidade de reconfiguração dos efeitos ópticos não apenas rompe com essa limitação, como também abre novas possibilidades de uso.

A expectativa é que lentes cada vez menores e mais nítidas possam chegar rapidamente às câmeras de celulares, sensores, linhas de fibra óptica, aparelhos de imageamento médico, endoscópios e muito mais.

Bibliografia:

Artigo: Optical properties of metasurfaces infiltrated with liquid crystals
Autores: Andrew Lininger, Alexander Y. Zhu, Joon-Suh Park, Giovanna Palermo, Sharmistha Chatterjee, Jonathan Boyd, Federico Capasso, Giuseppe Strangi
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.2006336117





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