Um grupo de físicos da Rússia, A Suécia e os EUA demonstraram um efeito óptico altamente incomum. Eles conseguiram absorver "virtualmente" a luz usando um material que não tem capacidade de absorção de luz. Os resultados da pesquisa, publicado em Optica , abrir novos caminhos para a criação de elementos de memória para a luz.

A absorção de radiação eletromagnética, incluindo luz, é um dos principais efeitos do eletromagnetismo. Este processo ocorre quando a energia eletromagnética é convertida em calor ou outro tipo de energia dentro de um material absorvente (por exemplo, durante a excitação de elétrons). Carvão, tinta preta e arranjos de nanotubos de carbono - também conhecidos como Vantablack - parecem pretos porque absorvem a energia da luz incidente quase completamente. Outros materiais, como vidro ou quartzo, não têm propriedades de absorção e, portanto, parecem transparentes.

Em sua pesquisa teórica, cujos resultados foram publicados na revista Optica , os físicos conseguiram dissipar essa noção simples e intuitiva, fazendo um material completamente transparente parecer perfeitamente absorvente. Para conseguir isso, os pesquisadores empregaram propriedades matemáticas especiais da matriz de espalhamento - uma função que relaciona um campo eletromagnético incidente com aquele espalhado pelo sistema. Quando um feixe de luz de intensidade independente do tempo atinge um objeto transparente, a luz não é absorvida, mas é espalhado pelo material - um fenômeno causado pela propriedade unitária da matriz de espalhamento. Descobriu-se, Contudo, que se a intensidade do feixe incidente é variada com o tempo de uma certa maneira, a propriedade unitária pode ser interrompida, pelo menos temporariamente. Em particular, se o crescimento da intensidade é exponencial, a energia total da luz incidente se acumulará no material transparente sem deixá-lo (fig. 1). Sendo esse o caso, o sistema parecerá perfeitamente absorvente por fora.

Para ilustrar o efeito, os pesquisadores examinaram uma fina camada de um dielétrico transparente e calcularam o perfil de intensidade necessário para a absorção da luz incidente. Os cálculos confirmaram que quando a intensidade da onda incidente cresce exponencialmente (a linha pontilhada na fig. 2), a luz não é transmitida nem refletida (a curva sólida na fig. 2). Isso é, a camada parece perfeitamente absorvente, apesar de não ter a capacidade real de absorção. Contudo, quando o crescimento exponencial da amplitude da onda incidente chega a uma parada (em t =0), a energia presa na camada é liberada.

"Nossas descobertas teóricas parecem ser bastante contra-intuitivas. Até começarmos nossa pesquisa, não poderíamos nem imaginar que seria possível realizar tal truque com uma estrutura transparente, "diz Denis Baranov, aluna de doutorado do MIPT e uma das autoras do estudo. "Contudo, foi a matemática que nos levou ao efeito. Quem sabe, a eletrodinâmica pode muito bem abrigar outros fenômenos fascinantes. "

Os resultados do estudo não apenas ampliam nossa compreensão geral de como a luz se comporta quando interage com materiais transparentes comuns, mas também tem uma ampla gama de aplicações práticas. Para dar um exemplo, o acúmulo de luz em um material transparente pode ajudar a projetar dispositivos de memória óptica que armazenariam informações ópticas sem perdas e as liberariam quando necessário.