segunda-feira, 27 de outubro de 2014

Espelho magnético reflete outras faces da luz

Por Inovação Tecnológica - 27/10/2014

Comparação entre o funcionamento de um espelho magnético (esquerda), com seus ressonadores em formato de cubo, e um espelho comum (direita), destacando as alterações no campo elétrico da luz (mostrado na forma de faixas brancas e vermelhas).[Imagem: S. Liu et al.]
Nanoantenas
Acaba de nascer um novo tipo de espelho - em lugar de uma superfície metálica lisa, ele reflete a luz usando campos magnéticos.
Os campos magnéticos são criados por minúsculas antenas - nanoantenas - criadas na superfície de um material isolante.
A estrutura inteira forma um metamaterial, a mesma classe de materiais artificiais usados nos mantos de invisibilidade.
O espelho magnético permite capturar e dirigir a radiação eletromagnética de uma forma tal que os pesquisadores afirmam ser agora possível criar novas classes de células solares, sensores químicos, lasers e vários outros dispositivos optoeletrônicos.
Espelho magnético
Os espelhos comuns refletem a luz interagindo com o componente elétrico da radiação eletromagnética. Por isto, além de inverter a imagem, eles invertem o campo elétrico da luz.
Embora isto não faça diferença para o olho humano, há um grande impacto na física dos componentes optoeletrônicos, especialmente no ponto de reflexão, onde os campos elétricos do feixe que chega e do feixe que sai se cancelam. Isto impede, por exemplo, o funcionamento de estruturas muito pequenas, que não conseguem interagir com a luz na superfície do material.
Já um espelho magnético reflete a luz interagindo com seu componente magnético, preservando suas propriedades elétricas originais.
"Assim, um espelho magnético produz um campo elétrico muito forte na superfície do espelho, permitindo uma absorção máxima da energia da onda eletromagnética e abrindo o caminho para várias novas aplicações," disse o professor Igal Brener, do Laboratório Nacional Sandia, nos Estados Unidos.
Telúrio
O problema é que não existem materiais naturais que reflitam a luz magneticamente. Campos magnéticos comuns podem refletir partículas carregadas, como elétrons e prótons, mas os fótons, que não têm carga, passam incólumes por eles.
Por isso a equipe teve que construir um metamaterial, um material artificial, formado por "ressonadores dielétricos não-metálicos", estruturas em nanoescala em formato de cubo feitas de telúrio, um elemento que possui uma perda de sinal significativamente menor que a dos metais - os nanocubos funcionam como se fossem átomos artificiais, absorvendo e reemitindo os fótons.
Isto tornou o metamaterial altamente reflexivo no comprimento de onda infravermelho, criando um forte campo elétrico na superfície do espelho.
Agora a equipe pretende testar outros materiais na construção dos ressonadores, na tentativa de criar espelhos magnéticos que funcionem em comprimentos de onda menores, como na luz visível, quando então uma gama ainda maior de aplicações se tornará possível.
Bibliografia:

Optical Magnetic Mirrors without Metals
Sheng Liu, Michael B. Sinclair, Thomas S. Mahony, Young Chul Jun, Salvatore Campione, James Ginn, Daniel A. Bender, Joel R. Wendt, Jon F. Ihlefeld, Paul G. Clem, Jeremy B. Wright, Igal Brener
Optica
Vol.: 1, Issue 4, pp. 250-256
DOI: 10.1364/OPTICA.1.000250

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