p Se as capas de invisibilidade e outros aplicativos gee-whiz forem um dia passar da ficção científica para o fato científico, precisaremos saber mais sobre como esses metamateriais estranhos realmente funcionam. A pesquisadora da Michigan Tech, Elena Semouchkina, voltou ao básico e lançou mais luz sobre a física por trás da magia. p Os metamateriais oferecem a possibilidade muito real de que nossas fantasias mais rebuscadas possam um dia se tornar reais como pedras. De capas de invisibilidade e lentes perfeitas a baterias extremamente poderosas, suas aplicações de superpotência atormentam a imaginação. Dito isto, até agora, "atormentar" tem sido a palavra-chave, embora os cientistas venham estudando metamateriais por mais de 15 anos.

p "Não foram desenvolvidos muitos dispositivos metamateriais reais, "diz Elena Semouchkina, professor associado de engenharia elétrica na Michigan Technological University. Os soldados não podem jogar capas de invisibilidade sobre os ombros para evitar o fogo dos franco-atiradores, e nenhum aplicativo de lente perfeito permite que você veja vírus com seu smartphone. Em parte, isso porque tradicionalmente, pesquisadores simplificam abertamente como os metamateriais realmente funcionam. Semouchkina diz que suas complicações costumam ser ignoradas.

p Então, ela e sua equipe começaram a investigar essas complicações e descobriram que a magia dos metamateriais é impulsionada por mais do que apenas um mecanismo da física. Um artigo descrevendo sua pesquisa foi publicado recentemente online pela Journal of Physics D:Física Aplicada .

p Simples!

p Metamateriais podem parecer complexos e futuristas, mas o oposto está mais perto da verdade, diz Semouchkina. Metamateriais ("meta" é a palavra grega para "além") são materiais de engenharia que possuem propriedades não encontradas na natureza. Eles são normalmente construídos de vários elementos idênticos formados a partir de materiais convencionais, como metais ou materiais não condutores. Pense em um cubo de Rubik feito de milhões de unidades menores que a espessura de um fio de cabelo humano.

p Esses materiais de design funcionam dobrando os caminhos da radiação eletromagnética - das ondas de rádio à luz visível e aos raios gama de alta energia - de maneiras novas e diferentes. Como os metamateriais dobram esses caminhos - um processo chamado refração - conduz suas aplicações peculiares. Por exemplo, um manto de invisibilidade de metamaterial dobraria os caminhos das ondas de luz em torno de um objeto encoberto, acelerando-os em seu caminho, e reuni-los do outro lado. Assim, um observador poderia ver o que estava por trás do objeto, enquanto o próprio objeto seria invisível.

p A abordagem convencional entre os pesquisadores de metamateriais tem sido relacionar as propriedades refrativas de um metamaterial à ressonância. Cada minúsculo bloco de construção do metamaterial vibra como um diapasão conforme a radiação eletromagnética passa, causando o tipo desejado de refração.

p Mas não tão simples. . .

p Semouchkina se perguntou se poderia haver fatores adicionais envolvidos na curvatura do caminho das ondas.

p "Metamateriais parecem simples, mas sua física é mais complicada, " ela diz, explicando que ela e sua equipe se concentraram em metamateriais dielétricos, que são construídos com elementos que não conduzem eletricidade.

p A equipe fez várias simulações de computador e fez uma descoberta surpreendente:foi a forma e a organização repetitiva dos blocos de construção dentro do metamaterial - sua periodicidade - que afetou a refração. A ressonância parecia ter pouco ou nada a ver com isso.

p Os metamateriais que estudaram tinham características de outro tipo de material artificial, cristais fotônicos. Como metamateriais, os cristais fotônicos são feitos de muitas células idênticas. Além disso, eles se comportam como os semicondutores usados ​​na eletrônica, exceto que eles transmitem fótons em vez de elétrons.

p "Descobrimos que as propriedades que acompanham o fato de ser um cristal fotônico podem mascarar a ressonância dos metamateriais, ao ponto que eles podem causar refração incomum - incluindo refração negativa, que é necessário para o desenvolvimento de uma lente perfeita, "Semouchkina diz.

p Voltar à rotina

p Então, o que isso significa para os cientistas e engenheiros que projetam os supermateriais de amanhã?

p "Basicamente, precisamos reconhecer que algumas dessas estruturas podem exibir propriedades de cristais fotônicos, e precisamos levar sua física em consideração, "Semouchkina diz." É um campo em evolução, e é muito mais complicado do que imaginamos. "

p A equipe de Semouchkina está trabalhando no desenvolvimento de capas de invisibilidade usando cristais fotônicos, mas ela enfatiza que a pesquisa de metamateriais pode ter outras aplicações no mundo real. Um de seus projetos se concentra no uso de conceitos de metamateriais para melhorar a sensibilidade da imagem por ressonância magnética (MRI), o que poderia levar a melhores diagnósticos médicos e avanços na pesquisa biológica.

p "Este é um resultado muito prático, em comparação com as coisas de Harry Potter, " ela diz.

p Compreender a física subjacente dos metamateriais irá acelerar o desenvolvimento de tais dispositivos.