Arco-íris são formados quando a luz se curva - ou refrata - ao entrar e sair de uma gota d'água. A quantidade de curvatura da luz depende da cor da luz, resultando na luz branca sendo separada em um belo espectro de cores. O índice de refração, uma das ferramentas que os engenheiros ópticos usam para controlar a luz, descreve a interação entre luz e matéria.

Recentemente, os materiais que têm um índice de refração que desaparece ganharam um interesse significativo nas comunidades científica e de engenharia. Esses materiais, chamados materiais epsilon-near-zero (ENZ), mostram uma grande promessa para aplicações em imagens de pequenos objetos, detectar concentrações mínimas de moléculas-alvo (por exemplo, explosivos, químicos tóxicos, poluentes) e permitindo uma nova geração de dispositivos e circuitos ópticos.

Uma equipe da Universidade de Notre Dame em colaboração com pesquisadores da Universidade do Texas em Austin, A Cornell University e a University of Massachusetts em Lowell mostraram como as propriedades ópticas dos materiais ENZ podem ser projetadas para melhorar os dispositivos ópticos. Seu trabalho usa muitos dos mesmos materiais que são usados ​​na indústria para eletrônicos de alta potência e pode um dia permitir a integração desse novo comportamento óptico em dispositivos ópticos.

Dispositivos ópticos criam, manipular ou medir a radiação eletromagnética - luz, tanto o visível quanto o invisível. Óculos e lentes de câmera, microscópios e telescópios, lasers, diodos emissores de luz e células solares são exemplos de dispositivos ópticos comuns que foram desenvolvidos para ajudar a ver e sentir o mundo. Cada um desses dispositivos explora o índice de refração de uma maneira diferente.

A equipe compartilhou seus resultados em um artigo recente publicado em Optics Express .

"Muitas moléculas têm modos vibracionais na região espectral do infravermelho médio, e essas vibrações podem ser usadas para detectá-los, "disse Irfan Khan, um estudante de doutorado em engenharia elétrica e o autor principal do artigo. "Usamos materiais ENZ para acoplar a um modo óptico especial, conhecido como modo Berreman, para projetar respostas ópticas específicas em materiais semicondutores usados ​​atualmente na indústria. "

A engenharia desses novos modos ópticos usando materiais semicondutores é uma etapa crítica para incorporar materiais ENZ em futuros dispositivos ópticos e circuitos, diz Anthony Hoffman, professor associado de engenharia elétrica e líder de projeto.

"O fato de os materiais ENZ estarem prontamente disponíveis, simples de fabricar e operar bem em uma escala muito pequena também os torna ideais para uma variedade de aplicações. "