Metamateriais agora podem ser controlados com luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/05/2018

Representação artística da metassuperfície: Raios de luz (vermelho) energizam os elétrons nos cilindros de silício, alterando suas propriedades eletromagnéticas e, por decorrência, a forma como eles interagem com as ondas que devem manipular. [Imagem: Kebin Fan/Universidade Duke]

Metamateriais dinâmicos

Há poucos dias, os metamateriais se tornaram ativos, podendo ser ligados e desligados, o que significa que esses materiais artificiais, cujas propriedades não são definidas pelos seus átomos, mas pela sua forma, podem agora ser controlados em tempo real, e não apenas no momento de sua fabricação.

Agora essa possibilidade de controle ficou ainda mais versátil: Os metamateriais podem ser controlados com luz.

"Esses materiais são compostos de uma grade de unidades separadas que podem ser ajustadas individualmente. Quando uma onda passa pela superfície, o metamaterial pode controlar a amplitude e a fase em cada local da grade, o que nos permite manipular a onda de várias formas diferentes," explicou o professor Willie Padilla, da Universidade de Duke, nos EUA.

É assim que as ondas de luz são manipuladas para criar os mantos de invisibilidade, por exemplo.

Metamaterial controlado pela luz

Para tornar o material responsivo à luz, mudando a forma como ele interage com as ondas eletromagnéticas em tempo de voo, a equipe de Padilla criou unidades básicas feitas de silício, cilindros com 120 micrômetros de largura e 50 micrômetros de altura - isso torna o material artificial mais propriamente uma metassuperfície.

Embora o silício não seja normalmente um material condutor, os pesquisadores bombardearam os cilindros com uma frequência específica de luz, em um processo chamado fotodopagem. Com isto, o material tipicamente isolante ganhou propriedades metálicas conforme a fotodopagem dava energia aos elétrons nas superfícies dos cilindros.

Esses elétrons recém-liberados fazem com que os cilindros interajam com as ondas eletromagnéticas que passam por eles. O tamanho dos cilindros dita com quais frequências de luz eles podem interagir, enquanto o ângulo da fotodopagem afeta como eles manipulam as ondas eletromagnéticas. Alterando os dois parâmetros, o metamaterial pode controlar as ondas eletromagnéticas de muitas maneiras diferentes.

"Podemos criar qualquer tipo de padrão que desejarmos, permitindo criar lentes ou dispositivos de direção de feixes [de luz], por exemplo. E como eles são controlados por feixes de luz, eles podem mudar muito rapidamente com muito pouca potência," disse Padilla.

Bibliografia:

Photo-Tunable Dielectric Huygens Metasurfaces
Kebin Fan, Jingdi Zhang, Xinyu Liu, Gufeng Zhang, Richard D. Averitt, Willie J. Padilla
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201800278