Seja na fotossíntese ou em um sistema fotovoltaico:se você deseja usar a luz de forma eficiente, deve absorvê-la o mais completamente possível. No entanto, isso é difícil se a absorção ocorrer em uma fina camada de material que normalmente deixa passar grande parte da luz.
Agora, equipes de pesquisa da TU Wien e da Universidade Hebraica de Jerusalém descobriram um truque surpreendente que permite que um feixe de luz seja completamente absorvido mesmo nas camadas mais finas:eles construíram uma "armadilha de luz" ao redor da camada fina usando espelhos e lentes, nas quais o feixe de luz é dirigido em círculo e depois sobreposto a si mesmo - exatamente de tal forma que o feixe de luz se bloqueia e não pode mais sair do sistema. Assim, a luz não tem escolha a não ser ser absorvida pela fina camada – não há outra saída.

Este método de amplificação de absorção, que agora foi apresentado na revista científica Science , é o resultado de uma colaboração frutífera entre as duas equipes:a abordagem foi sugerida pelo Prof. Ori Katz da Universidade Hebraica de Jerusalém e conceituada com o Prof. Stefan Rotter da TU Wien; o experimento foi realizado pela equipe do laboratório em Jerusalém e os cálculos teóricos vieram da equipe em Viena.

As camadas finas são transparentes à luz

"A absorção de luz é fácil quando atinge um objeto sólido", diz o Prof. Stefan Rotter, do Instituto de Física Teórica da TU Wien. "Um suéter grosso de lã preta pode absorver facilmente a luz. Mas em muitas aplicações técnicas, você tem apenas uma fina camada de material disponível e deseja que a luz seja absorvida exatamente nessa camada."

Já houve tentativas de melhorar a absorção de materiais:por exemplo, o material pode ser colocado entre dois espelhos. A luz é refletida para frente e para trás entre os dois espelhos, passando pelo material a cada vez e, assim, tendo uma chance maior de ser absorvida. No entanto, para isso, os espelhos não devem ser perfeitos – um deles deve ser parcialmente transparente, caso contrário a luz não pode penetrar na área entre os dois espelhos. Mas isso também significa que sempre que a luz atinge esse espelho parcialmente transparente, parte da luz é perdida.

A luz bloqueia a si mesma

Para evitar isso, é possível usar as propriedades ondulatórias da luz de maneira sofisticada. "Em nossa abordagem, somos capazes de cancelar todos os reflexos por interferência de ondas", diz o Prof. Ori Katz da Universidade Hebraica de Jerusalém. Helmut Hörner, da TU Wien, que dedicou sua tese a este tema, explica:"Também em nosso método, a luz incide primeiro em um espelho parcialmente transparente. partes:A parte maior é refletida, uma parte menor penetra no espelho."

Essa parte do feixe de luz que penetra no espelho é agora enviada através da camada de material absorvente e depois retornada ao espelho parcialmente transparente com lentes e outro espelho. "O crucial é que o comprimento desse caminho e a posição dos elementos ópticos sejam ajustados de tal forma que o feixe de luz de retorno (e suas múltiplas reflexões entre os espelhos) cancela exatamente o feixe de luz refletido diretamente no primeiro espelho. ", dizem Yevgeny Slobodkin e Gil Weinberg, os estudantes de pós-graduação que construíram o sistema em Jerusalém.

Os dois feixes parciais se sobrepõem de tal forma que a luz se bloqueia, por assim dizer:embora o espelho parcialmente transparente por si só reflita uma grande parte da luz, essa reflexão é impossibilitada pela outra parte do feixe que atravessa o sistema antes de retornar ao espelho parcialmente transparente.

Assim, o espelho, que antes era parcialmente transparente, agora se torna totalmente transparente para o raio laser incidente. Isso cria uma via de mão única para a luz:o feixe de luz pode entrar no sistema, mas não pode mais escapar devido à superposição da porção refletida e da porção guiada pelo sistema em um círculo. Portanto, a luz não tem escolha a não ser ser absorvida – todo o feixe de laser é engolido por uma fina camada que, de outra forma, permitiria que a maior parte do feixe passasse.

Um fenômeno robusto

"O sistema deve ser ajustado exatamente para o comprimento de onda que você deseja absorver", diz Stefan Rotter. "Mas, além disso, não há requisitos limitantes. O feixe de laser não precisa ter uma forma específica, pode ser mais intenso em alguns lugares do que em outros - a absorção quase perfeita é sempre alcançada."

Nem mesmo a turbulência do ar e as flutuações de temperatura podem prejudicar o mecanismo, como foi demonstrado em experimentos realizados na Universidade Hebraica de Jerusalém. Isso prova que é um efeito robusto que promete uma ampla gama de aplicações – por exemplo, o mecanismo apresentado pode até ser adequado para capturar perfeitamente sinais de luz distorcidos durante a transmissão pela atmosfera da Terra. A nova abordagem também pode ser de grande utilidade prática para alimentar de forma otimizada as ondas de luz de fontes de luz fracas (como estrelas distantes) em um detector. + Explorar mais

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