Metamateriais Quânticos – Nova fronteira tecnológica
Por Mustafá Ali Kanso
Denomina-se metamateriais todos os materiais sintéticos dotados de propriedades químicas e/ou físicas que ultrapassam em muito as propriedades daqueles encontrados na natureza. Podemos destacar os metamateriais que permitem alterações em suas propriedades eletromagnéticas oferecendo possibilidades de aplicações tecnológicas inéditas.
Para entendermos melhor o que isso significa, imagine uma simples lâmina de vidro sendo iluminada. Vamos destacar três raios luminosos R1, R2 e R3 e obsevar três possibilidades de comportamento não excludentes, ou seja, a lâmina de vidro pode:
1) absorver os raios luminosos como o que ocorre com R1 em A;
2) transmitir os raios luminosos, como o que ocorre com R2 em T;
3) refletir os raios luminosos como que ocorre com R3 em R.
Na prática observamos os três fenômenos ocorrendo concomitantemente, no entanto, quando um deles predominar, podemos classificar essa lâmina de vidro como:
a) opaca: quando todos os raios luminosos são totalmente absorvidos
b) refletora: quando todos os raios luminosos são totalmente refletidos
c) transparente: quando todos os raios luminosos são totalmente transmitidos.
Grosso modo, se fosse possível, alterar a capacidade refletora, fazendo com que o ângulo de reflexão fosse de 180o, teríamos um comportamento de reflexão próximo ao da transmissão, ou seja, teríamos uma retrorreflexão. É mais ou menos o que ocorre com o manto de invisibilidade, tornado exequível pelos metamateriais.
Mas tem mais. Nesse exemplo mais célebre, caracterizado pelo o manto de invisibilidade, se observou a propriedade de alterar não apenas o comportamento das ondas eletromagnéticas, tais como a luz e ondas de rádio, mas também o de ondas mecânicas, como o som, ondas do mar e até ondas sísmicas.
Esses materiais sintéticos, são em si, tão promissores que já abriram um campo de pesquisa próprio com inovações e descobertas intrigantes ocorrendo toda semana.
Para ilustrar o exposto, vamos apenas citar três novidades recentes nesse campo, destacando a mais inquietante de todas que é o metamaterial com comportamento quântico:
1) Metamaterial controlado pela luz
Ilya Shadrivov, da Universidade Nacional Australiana, desenvolveu um metamaterial cujo efeito sobre as ondas eletromagnéticas é controlado por um simples feixe de luz emitida por um LED.
Para demonstrar seu novo conceito, a equipe australiana criou um metamaterial que emula o comportamento de três tipos diferentes de espelhos (plano, côncavo e convexo) sendo que a comutação entre esses três comportamentos é realizada por impulsos luminosos codificados pela intensidade.
2) Meta-moléculas
O pesquisador Xiang Zhang, do Laboratório Berkeley, nos Estados Unidos, criou metamoléculas, cujo comportamento é análogo à quiralidade típica das biomoléculas naturais.
Das nossas aulas de Química Básica, a quiralidade é uma propriedade apresentada por substâncias isômeras de girar o plano da luz polarizada para a direita (isômero dextrógiro) e para esquerda(isômero levógiro).
No caso dessas metamoléculas também é possível efetuar uma comutação nesse comportamento, alternando entre o comportamento dextrógiro e levógiro, realizado por pulsos luminosos de intensidade controlada.
3. Metamateriais quânticos
De acordo com as pesquisas de Didier Felbacq e Mauro Antezza, da Universidade de Montpellier, na França demonstrou-se que é possível conferir aos metamateriais um grau de liberdade quântica, valendo-se de duas técnicas bem diferentes.
A primeira utiliza como meta-átomos, cristais artificiais de átomos comuns (como berílio e irídio), em temperatura reduzida e organizados de tal forma que criam um tipo de isolante Mott, ou seja, um tipo de isolante elétrico um tanto frustrado, pois embora possua todas as características de um condutor elétrico, comporta-se como isolante – e aí a coisa toda descamba para superfluído quântico e condensados de Bose-Einsten que deixaremos para falarmos em outro artigo.
A segunda técnica é bem mais promissora, vale-se de meta-átomos de nanofios contendo pontos quânticos.
“Esta estrutura é interessante por várias razões: ela é simples, tem muitas propriedades interessantes (índice negativo, magnetismo efetivo, camuflagem totalmente dielétrica) e pode ser realizada experimentalmente de forma muito fácil,” afirmam os pesquisadores.
Esta área das pesquisas está ainda nos primeiros passos, o que torna complicado arriscar algumas previsões sobre suas implicações práticas no campo dos metamateriais.
No entanto, tendo como base que os fenômenos quânticos observados na matéria natural permitiram todo um novo desenvolvimento da eletrônica e criaram a área da spintrônica e da computação quântica, ouso afirmar que o que esta por vir nessa área vai provocar uma “Matrioshka” revolucionária.
Em outras palavras: uma revolução, dentro de outra revolução, dentro de outras revoluções.
Estou aguardando com muita expectativa.
[Imagem de arquivo: Atom-Matrioshka]
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