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Metamaterial vai produzir biscoito eletromagnético voador

Metamaterial vai produzir biscoito eletromagnético voador
Essas curiosas ondas em formato de rosquinha prometem uma infinidade de aplicações práticas. [Imagem: N. Papasimakis et al. - 10.1103/PhysRevB.97.201409]

Biscoito eletromagnético voador

As ondas eletromagnéticas que você vê ilustradas nos livros didáticos são tipicamente transversais, o que significa que seus campos elétricos e magnéticos apontam perpendicularmente à direção de propagação da onda.

No entanto, é possível gerar ondas eletromagnéticas com componentes longitudinais, paralelos à direção de propagação.

Um exemplo dessas ondas peculiares recebeu o curioso nome de "biscoito eletromagnético voador", uma onda cujos campos se contorcem em um padrão toroidal, como uma rosquinha. Esses pulsos são mais do que uma curiosidade porque podem ser usados para transferir informações, acelerar partículas ou fazer espectroscopia.

Um detalhe: Eles foram propostos teoricamente há cerca de 20 anos, mas, até agora, ninguém havia conseguido encontrar um meio de gerá-los experimentalmente.

Foi justamente o que conseguiram fazer agora Nikitas Papasimakis e seus colegas da Universidade de Southampton, no Reino Unido.

Ondas toroidais

As rosquinhas voadoras são pulsos de um ciclo, o que significa que os campos sobem e descem apenas uma vez conforme a onda passa por um ponto no espaço.

Um pulso tão compacto é ideal para fornecer energia à distância ou transmitir informação.

O problema é que a complicada estrutura espaço-temporal da rosquinha voadora não pode ser gerada por uma única antena, exigindo um conjunto de antenas que emitam ondas em frequências diferentes e com diferentes fases.

Coordenar entradas elétricas para as antenas para produzir um padrão de emissão com essas características parecia estar além da tecnologia atual, o que fez com que essas ondas até agora fossem consideradas uma curiosidade teórica.

Metamaterial com múltiplas antenas

Papasimakis projetou um metamaterial formado por um conjunto circular de ressonadores dipolos, dispostos em anéis concêntricos sobre uma folha plana, onde cada ressonador funciona como uma pequena antena.

O metamaterial captura um pulso de luz comum, que faz com que cada ressonador emita pulsos individuais, funcionando como uma matriz de antenas coordenadas. Ocorre que os ressonadores têm formatos diferentes, o que afeta a emissão de cada um: Os ressonadores próximos ao centro emitem pulsos mais curtos e de frequência mais alta que os da periferia.

Quando essas ondas deixam o metamaterial, elas se combinam para formar as rosquinhas eletromagnéticas voadoras.

A equipe realizou simulações numéricas para comprovar o formato das ondas, e agora está trabalhando na construção de um protótipo experimental. Eles esperam tê-lo pronto em alguns meses.

Bibliografia:

Pulse generation scheme for flying electromagnetic doughnuts
Nikitas Papasimakis, Tim Raybould, Vassili A. Fedotov, Din Ping Tsai, Ian Youngs, Nikolay I. Zheludev
Physical Review B
Vol.: 97, 201409
DOI: 10.1103/PhysRevB.97.201409




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