O guia de ondas plasmônico possui uma curva de 180 graus que força a luz a fazer um retorno perfeito, sem qualquer alteração nas suas propriedades ou na sua energia.[Imagem: Zhang Group]
Espaço óptico
Segundo a Teoria da Relatividade, a gravidade de um corpo celeste maciço curva o espaço ao seu redor.
Os cientistas estão tentando fazer o mesmo no chamado "espaço óptico", que não é nenhuma localidade em especial, mas tão somente o espaço no qual a luz viaja.
Se o espaço óptico se curva, então a luz que viaja por ele faz o mesmo caminho. Sob outro ponto de vista, o que se está tentando fazer é forçar a luz a fazer curvas.
Já longe da ficção, esses experimentos estão na base de todos os feitos da invisibilidade, que têm-se multiplicado em laboratórios ao redor do mundo.
Mas o potencial da chamada óptica transformacional, que estuda o controle das ondas de luz, vai muito além: poderosos microscópioscapazes de mostrar moléculas de DNA com luz visível, ousupercomputadores que usam a luz em vez dos sinais eletrônicos para processar a informação são outras possibilidades.
Materiais artificiais
A ferramenta básica para controlar e manipular as ondas de luz são os metamateriais, materiais artificiais, geralmente mesclando metais e isolantes - ou dielétricos - para formar estruturas que interagem com a luz de forma não-natural.
Apesar dos sucessos alcançados no curto tempo de vida desse novo campo da ciência, os pesquisadores vinham encontrando dificuldades em ajustar as propriedades físicas dos metamateriais em nanoescala, sobretudo por causa dos metais, em escalas menores do que o comprimento de onda da luz que se quer manipular.
Agora, uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, ambos os Estados Unidos, descobriu que esse empecilho pode ser removido com a combinação da óptica transformacional com um outro campo da ciência igualmente novo e promissor, conhecido como plasmônica.
Óptica transformacional plasmônica
Um plasmon é uma onda eletrônica que viaja pelo mar de elétrons na superfície de um metal. Assim como a energia das ondas de luz é transportada em unidades quantizadas de partículas chamadas fótons, a energia plasmônica é transportada em quase-partículas chamadas plasmons de superfície.
Os plasmons interagem fortemente com os fótons na interface metal/isolante de um metamaterial, formando uma outra quase-partícula, chamada polariton de plasmon de superfície (SPP: surface plasmon polariton).
A manipulação desses polaritons está no coração das surpreendentes propriedades ópticas dos metamateriais.
O esquema da esquerda mostra o espalhamento dos polaritons de plasmons de superfície sobre uma interface metal-dielétrica com uma única saliência. O esquema da direita mostra como o espalhamento dos polaritons é suprimido quando o espaço óptico ao redor da saliência é modificado. [Imagem: Zhang Group]
Liderados pelo Dr. Xiang Zhang, os pesquisadores modelaram uma "óptica transformacional plasmônica", uma forma de manipular o material dielétrico, ou isolante, adjacente a um metal, mas sem alterar o próprio metal.
A técnica permite que os polaritons viajem através de superfícies irregulares e curvas em uma ampla faixa de comprimentos de onda, sem sofrer perdas significativas por espalhamento.
Luz que faz curva em U
Usando a nova abordagem, Zhang e sua equipe desenvolveram um guia de ondas plasmônico com uma curva de 180 graus que força a luz a fazer um retorno perfeito, sem qualquer alteração nas suas propriedades ou na sua energia.
Eles também projetaram uma versão plasmônica da lente de Luneburg, um tipo de lente esférica capaz de receber e refletir ondas ópticas de múltiplas direções ao mesmo tempo.
"Como as propriedades dos metais nos nossos metamateriais permanecem completamente inalteradas, nossa metodologia de óptica transformacional plasmônica fornece uma maneira prática para guiar a luz em escalas muito pequenas", diz Zhang.
O Dr. Xiang Zhang é um dos pioneiros no campo da manipulação da luz e da invisibilidade, embora ele afirme que os metamateriais trarão benefícios mais práticos do que elusivos mantos da invisibilidade. Seus feitos mais recentes incluem um nanolaser de estado sólido e um novo material para exames de ultrassom.
Para conhecer uma outra pesquisa que força a luz a fazer curvas, veja a reportagem Metamaterial dirige a luz por caminhos complexos.
Bibliografia:
Transformational Plasmon Optics
Yongmin Liu, Thomas Zentgraf, Guy Bartal, Xiang Zhang
Nano Letters
Vol.: 10 (6), pp 1991-1997
DOI: 10.1021/nl1008019
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