Porteiro de luz decide qual cor deixará passar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/06/2016

Protótipo (esquerda) e estrutura (direita) do "porteiro de luz", que incorpora um novo fenômeno chamado "ressonância de onda de Bloch". [Imagem: Victor Pogrebnyak/Edward Furlani/Universidade de Buffalo]

Filtro de cores

Este dispositivo um tanto estranho e com aparência até simplória é literalmente um porteiro para a luz: ele tanto pode deixar passar uma cor específica, quanto bloqueá-la, dependendo das instruções que receber.

O aparelho pode seletivamente se tornar transparente para vários comprimentos de onda da luz e, a seguir, ser configurado para tornar-se opaco para essas mesmas cores - ou para outras.

Quando aprimorado e miniaturizado, a expectativa é que ele se torne uma ferramenta com mil e uma utilidades no campo da eletrônica, da óptica e da fotônica - por exemplo, em transistores e outros componentes computacionais acionados por luz.

Estruturas periódicas

A inovação tem a ver com os chamados materiais periódicos, o que significa que eles são formados por unidades menores que se repetem. É uma versão sintética do que ocorre nos cristais ou em determinadas partes das asas das borboletas, cuja estrutura periódica lhes dá cores deslumbrantes ao refletir comprimentos de onda específicos da luz.

Quando se conhece a estrutura interna de um material periódico, é possível usar uma equação chamada "Lei de Bragg" para determinar quais comprimentos de onda vão passar através do material e quais serão bloqueados devido à reflexão - as redes de Bragg são ferramentas utilizadas em aplicações que vão dos lasers à astronomia.

O grande trunfo de Victor Pogrebnyak e Edward Furlani, da Universidade de Buffalo, nos EUA, foi que eles descobriram que não é necessário construir uma estrutura periódica específica para cada tipo de reflexão - e então construíram um dispositivo genérico e configurável.

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Ressonância de onda de Bloch

Fazendo um sanduíche de um material não-periódico entre duas camadas de material periódico, é possível configurar o metamaterial para que ele se torne transparente para certos comprimentos de onda de luz e opaco para os outros, e é possível alterar rapidamente quais comprimentos de onda serão permitidos ou bloqueados simplesmente movendo uma das camadas periódicas.

"Nós mostramos que a Lei de Bragg é um caso especial de um fenômeno mais geral que foi descoberto neste estudo e batizado de 'ressonância de onda de Bloch'," disse Pogrebnyak. "Esta descoberta abre novas oportunidades em fotônica, nanoeletrônica, óptica e acústica e muitas outras áreas da ciência e da tecnologia que exploram fenômenos ondulatórios para o uso prático."

Furlani acrescenta que, como os elétrons se comportam como ondas, eles também podem apresentar a ressonância de Bloch, o que significa que é teoricamente possível filtrar e controlar correntes no interior de circuitos eletrônicos em nanoescala - mas isto ainda terá que ser demonstrado na prática.

Bibliografia:

Tunable Bloch Wave Resonances and Bloch Gaps in Uniform Materials with Reconfigurable Boundary Profiles
Victor A. Pogrebnyak, Edward P. Furlani
Physical Review Letters
Vol.: 116, 206802
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.206802