Ondas de luz e som são a base do transporte de energia e sinal e fundamentais para algumas de nossas tecnologias mais básicas - de telefones celulares a motores. Cientistas, Contudo, ainda precisam desenvolver um método que lhes permita armazenar uma onda intacta por um período indefinido de tempo e, em seguida, direcioná-la para um local desejado sob demanda. Tal desenvolvimento facilitaria muito a capacidade de manipular ondas para uma variedade de usos desejados, incluindo coleta de energia, Computação quântica, monitoramento de integridade estrutural, armazenamento de informações, e mais.

Em um artigo recém-publicado em Avanços da Ciência , um grupo de pesquisadores liderado por Andrea Alù, diretor fundador da Photonics Initiative no Advanced Science Research Center (ASRC) do The Graduate Center, CUNY, e por Massimo Ruzzene, professor de Engenharia Aeronáutica da Georgia Tech, mostraram experimentalmente que é possível capturar e armazenar com eficiência uma onda intacta e, em seguida, guiá-la para um local específico.

"Nosso experimento prova que as formas não convencionais de excitação abrem novas oportunidades para obter controle sobre a propagação e espalhamento das ondas, "disse Alù." Ajustando cuidadosamente a dependência do tempo da excitação, é possível enganar a onda para ser armazenada de forma eficiente em uma cavidade, e, em seguida, libere-o sob demanda na direção desejada. "

Metodologia

Para atingir seu objetivo, os cientistas tiveram que conceber uma maneira de mudar a interação básica entre ondas e materiais. Quando uma onda de luz ou som atinge um obstáculo, ele é parcialmente absorvido ou refletido e espalhado. O processo de absorção envolve a conversão imediata da onda em calor ou outras formas de energia. Os materiais que não conseguem absorver as ondas apenas as refletem e espalham. O objetivo dos pesquisadores era encontrar uma maneira de imitar o processo de absorção sem converter a onda em outras formas de energia e, em vez disso, armazená-la no material. Este conceito, introduzido teoricamente há dois anos pelo grupo ASRC, é conhecido como absorção virtual coerente.

Para provar sua teoria, os pesquisadores raciocinaram que precisavam adaptar a evolução do tempo das ondas para que, quando entrassem em contato com materiais não absorventes, eles não seriam refletidos, espalhado, ou transmitido. Isso evitaria que a onda que colide com a estrutura escape, e ficaria eficientemente preso dentro, como se estivesse sendo absorvido. A onda armazenada pode então ser liberada sob demanda.

Durante seu experimento, os pesquisadores propagaram duas ondas mecânicas viajando em direções opostas ao longo de uma barra guia de ondas de aço carbono que continha uma cavidade. As variações de tempo de cada onda foram cuidadosamente controladas para garantir que a cavidade reteria toda a energia de impacto. Então, parando a excitação ou desafinando uma das ondas, eles foram capazes de controlar a liberação da energia armazenada e enviá-la para uma direção desejada sob demanda.

"Enquanto executávamos nosso experimento de prova de conceito usando ondas elásticas viajando em um material sólido, nossas descobertas também são aplicáveis ​​a ondas de rádio e luz, oferecendo perspectivas empolgantes para a colheita eficiente de energia, transferência de energia sem fio, fotônica de baixa energia, e controle geralmente aprimorado sobre a propagação de ondas, "disse Ruzzene.