Pesquisadores da Duke University descobriram que um absorvedor perfeito de ondas eletromagnéticas que eles descreveram em um artigo de 2017 pode ser facilmente ajustado em uma espécie de "laser reverso no tempo" conhecido como um absorvedor perfeito coerente (CPA).

A pesquisa apareceu online em 28 de janeiro no jornal Materiais Óticos Avançados .

Um laser é um dispositivo que transforma energia em luz coerente, o que significa que as ondas de luz estão perfeitamente alinhadas umas com as outras. Revertendo o processo, um CPA - às vezes chamado de laser reverso no tempo - é um dispositivo que absorve toda a energia de duas ondas eletromagnéticas idênticas que o atingem de ambos os lados em perfeita sincronia. Isso é, as cristas e vales de suas ondas entram no material de ambos os lados exatamente ao mesmo tempo.

Em 2017, Willie Padilla, professor de engenharia elétrica e da computação na Duke, construiu o primeiro material capaz de absorver quase 100 por cento da energia de uma onda eletromagnética sem conter nem mesmo um átomo de metal. O dispositivo era um metamaterial - materiais sintéticos compostos de muitos indivíduos, recursos de engenharia que juntos produzem propriedades não encontradas na natureza.

Este metamaterial particular apresentava cerâmica de zircônia construída em uma superfície ondulada com cilindros como a face de um tijolo de Lego. Depois de modelar computacionalmente as propriedades do dispositivo, alterando o tamanho e espaçamento dos cilindros, os pesquisadores perceberam que, na verdade, haviam criado um tipo mais fundamental de CPA.

"Já estudamos esse sistema antes como um absorvedor perfeito, mas agora descobrimos que este dispositivo também pode ser configurado para ser um CPA, "disse Padilla." Este estudo mostrou que esses campos aparentemente diferentes são na verdade um e o mesmo. "

Todos os CPAs atualmente descritos na literatura possuem apenas um modo. Eles funcionam quando as ondas eletromagnéticas de entrada estão perfeitamente alinhadas ou perfeitamente fora de sincronia. Padilla e Kebin Fan, um professor assistente de pesquisa no laboratório de Padilla, descobriram que seu absorvedor perfeito é na verdade um CPA com dois modos sobrepostos:ele pode absorver ondas alinhadas e desalinhadas.

Alterando os parâmetros do material para que os dois modos não se sobreponham mais, Padilla e Fan conseguiram mostrar que poderia facilmente se tornar igual aos CPAs atualmente na literatura, mas com muito mais versatilidade.

"CPAs típicos têm apenas uma variável, a espessura do material, "disse Fan." Temos três:o raio dos cilindros, altura e periodicidade. Isso nos dá muito mais espaço para adaptar esses modos e colocá-los no espectro de frequência onde quisermos, dando-nos muita flexibilidade para personalizar os CPAs. "

No papel, os pesquisadores mostram que seu dispositivo pode alternar entre absorver todas as fases das ondas eletromagnéticas e apenas aquelas em sincronia, apenas aumentando a altura dos cilindros de 1,1 milímetros para 1,4. Com esta facilidade de transição, eles acreditam que deveria ser possível projetar um material que pudesse alternar dinamicamente entre os dois.

"Ainda não fizemos isso, "disse Padilla." É um desafio, mas está na nossa agenda. "

Embora atualmente não existam dispositivos que façam uso das capacidades dos CPAs, Padilla e Fan têm alguns em mente. Em princípio, pesquisadores poderiam projetar um dispositivo que mede não apenas a intensidade da luz que entra, como uma câmera normal, mas também sua fase.

"Se você está tentando descobrir as propriedades de um material, quanto mais medidas você tiver, quanto mais você pode entender sobre o material, "disse Padilla." E embora existam detectores coerentes, temos um em nosso próprio laboratório, na verdade, eles são extremamente caros para construir por meio de outras tecnologias. "