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Nanotecnologia

Pintando com luz: Nanotecnologia permite controlar cor e intensidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/09/2020

Pintando com luz: Nanotecnologia permite controlar cor e intensidade da luz
A pintura original guia a criação dos nanopilares, que em seguida reproduzem a pintura.
[Imagem: T. Xu/Nanjing University]

Manipulando a luz

Simplesmente iluminando uma lâmina de vidro pontilhada com milhões de minúsculos pilares de dióxido de titânio, uma equipe da China e dos EUA reproduziu com surpreendente fidelidade os matizes luminosos e as sutis sombras do quadro "Garota com um brinco de pérola", obra-prima do artista holandês Johannes Vermeer.

A técnica tem aplicações potenciais para melhorar as comunicações ópticas e para tornar mais difícil a vida dos falsificadores de moedas e produtos.

Por exemplo, adicionando ou eliminando uma determinada cor - ou comprimento de onda da luz - viajando em uma fibra óptica, pode-se controlar a quantidade de informações transportadas pela fibra. Alterando a intensidade da luz, por sua vez, pode-se manter o brilho do sinal enquanto ele viaja por longas distâncias na fibra.

A abordagem também pode ser usada para "pintar" papel-moeda ou etiquetas com detalhes de cores muito pequenos, mas intrincados, que um falsificador teria grande dificuldade em reproduzir.

Controlando cor e intensidade da luz

Embora várias equipes já tenham usado com sucesso milhões de nanopilares com tamanhos ajustados para transmitir luz vermelha, verde ou azul, criando paletas específicas de cores de saída, ninguém ainda havia descoberto uma maneira de controlar a intensidade dessas cores.

A intensidade, ou brilho, das cores determina a luz e a sombra de uma imagem - seu contraste claro-escuro - e aumenta a capacidade de transmitir impressões de perspectiva e profundidade.

Pengcheng Huo e seus colegas conseguiram controlar a intensidade da luz fabricando nanopilares que não apenas capturam e emitem cores específicas de luz, mas também alteram sua polarização em vários graus - e isso permite controlar a cor e a intensidade.

Para isso, Huo fabricou nanopilares de dióxido de titânio sobre uma lâmina de vidro que tinham uma seção transversal elíptica - em vez de circular. Os objetos circulares têm um único diâmetro uniforme, mas os objetos elípticos têm um eixo longo e um eixo curto.

Se o eixo longo do nanopilar está exatamente alinhado com a direção de polarização da luz que entra, a polarização da luz que sai não é afetada. Mas se o eixo longo for girado em algum ângulo - por exemplo, 20 graus - em relação à direção de polarização da luz incidente, o nanopilar gira a polarização da luz incidente em duas vezes esse ângulo - neste caso, 40 graus.

Ajustando a geometria da floresta de nanopilares, em cada local da lâmina de vidro a orientação dos nanopilares gira a polarização da luz vermelha, verde ou azul transmitida por uma quantidade específica. Por si só, a rotação gerada por cada nanopilar não alteraria a intensidade da luz transmitida. Mas, junto com um filtro polarizador, colocado na parte de trás da lâmina de vidro, a equipe atingiu esse objetivo.

Pintando com luz: Nanotecnologia permite controlar cor e intensidade da luz
É a primeira vez que os pesquisadores conseguem controlar a intensidade da luz por meios passivos.
[Imagem: Pengcheng Huo et al. - 10.1364/OPTICA.403092]

Nano-obra-prima

A equipe demonstrou o funcionamento da técnica criando uma cópia digital de uma versão em miniatura da pintura de Vermeer, com cerca de 1 milímetro de comprimento, usando as informações digitais para orientar a fabricação de uma matriz de milhões de nanopilares.

A cor e a intensidade de cada elemento da imagem, ou píxel, do quadro são representadas por um grupo de cinco nanopilares - um vermelho, dois verdes e dois azuis - orientados em ângulos específicos para a luz incidente, compondo uma "tela" - basta então iluminar a tela por um lado que a imagem é projetada do outro.

A técnica pode ser facilmente adaptada para transmitir cores específicas de luz, com intensidades definidas, para transmitir informações por meio de uma fibra óptica, ou para criar uma marca de identificação em miniatura e multicolorida que seria difícil de replicar.

Bibliografia:

Artigo: Photorealistic full-color nanopainting enabled by a low-loss metasurface
Autores: Pengcheng Huo, Maowen Song, Wenqi Zhu, Cheng Zhang, Lu Chen, Henri J. Lezec, Yanqing Lu, Amit Agrawal, and Ting Xu
Revista: Optica
Vol.: 7, Issue 9, pp. 1171-1172
DOI: 10.1364/OPTICA.403092





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