Pela primeira vez, os pesquisadores usaram cristais líquidos para criar uma janela mágica plana – um dispositivo transparente que produz uma imagem oculta quando a luz incide sobre ela. A tecnologia representa uma nova reviravolta em um truque de luz muito antigo.
Milhares de anos atrás, artesãos na China e no Japão fizeram espelhos de bronze que pareciam um espelho plano normal enquanto observavam o próprio reflexo, mas formavam outra imagem quando atingidos pela luz solar direta. Demorou até o início do século 20 para os cientistas entenderem que esses dispositivos funcionam porque uma imagem lançada na parte de trás do espelho cria pequenas variações de superfície que fazem com que a imagem se forme – e levou até agora para os engenheiros aplicarem o mesmo princípio ao líquido cristais para monitores de alta tecnologia.

"A janela mágica que criamos parece perfeitamente plana a olho nu, mas, na verdade, tem pequenas variações que criam uma imagem em resposta à luz", disse o líder da equipe de pesquisa Felix Hufnagel, da Universidade de Ottawa. "Ao projetar a janela para ser relativamente suave, a imagem criada pode ser vista em uma grande variedade de distâncias da janela."

Em Óptica Journal, Hufnagel e colegas descrevem o processo que desenvolveram para criar janelas mágicas de cristal líquido transparente que podem produzir qualquer imagem desejada. O processo também pode ser usado para criar espelhos mágicos que refletem, em vez de transmitir, luz para criar uma imagem.

"Usar cristais líquidos para fazer janelas mágicas ou espelhos pode um dia tornar possível a criação de uma versão reconfigurável para a produção de janelas ou filmes mágicos artísticos dinâmicos", disse Hufnagel. "A capacidade de obter uma longa profundidade de foco também pode tornar a abordagem útil para telas 3D que produzem imagens 3D estáveis, mesmo quando vistas de diferentes distâncias".

Criando magia com cristais líquidos

Embora os cientistas tenham entendido há décadas que os antigos espelhos mágicos de bronze formavam imagens como resultado de pequenas variações de superfície, foi somente em 2005 que Michael Berry, físico matemático da Universidade de Bristol, no Reino Unido, derivou a base matemática para esse efeito. . Mais tarde, ele ampliou esse conhecimento para desenvolver uma base teórica para janelas mágicas transparentes, além de espelhos mágicos reflexivos. Este trabalho inspirou Hufnagel e colegas a criar uma janela mágica baseada em cristais líquidos.

Cristais líquidos são materiais que podem fluir como um líquido convencional, mas possuem moléculas que podem ser orientadas como um cristal sólido. No novo trabalho, os pesquisadores usaram uma versão modificada de um processo de fabricação bem conhecido que produz um padrão específico de cristal líquido que permite que uma imagem desejada seja criada quando iluminada.

Eles usaram um Elemento Óptico Pancharatnam-Berry (PBOE), que é um dispositivo de cristal líquido que opera sob um princípio conhecido chamado fase Pancharatnam-Berry. Ao alterar a orientação das moléculas de cristal líquido neste dispositivo, os pesquisadores podem alterar as propriedades da luz à medida que ela viaja pelo dispositivo, pixel a pixel.

Imagens estáveis ​​em várias distâncias

"Em um nível conceitual, a teoria desenvolvida por Berry foi fundamental para determinar como esses cristais líquidos devem ser orientados para criar uma imagem estável a uma grande distância", disse Hufnagel. "Nosso uso de elementos ópticos planos e um padrão de cristal líquido com variações suaves prescritas pela teoria da imagem Laplaciana de Berry permite que as janelas mágicas pareçam normais, ou planas, quando se olha através delas."

Depois de fabricar um espelho mágico e uma janela, os pesquisadores usaram uma câmera para medir os padrões de intensidade da luz produzidos por ambos os dispositivos. Quando iluminados com um feixe de laser, tanto o espelho quanto a janela produziam uma imagem visível que permanecia estável mesmo quando a distância entre a câmera e o espelho ou janela mudava. Os pesquisadores também mostraram que os dispositivos criavam imagens quando iluminados com uma fonte de luz LED, o que seria mais prático de usar em aplicações da vida real.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para usar sua abordagem de fabricação para criar placas mágicas quânticas. Por exemplo, duas dessas placas podem criar imagens emaranhadas que podem ser usadas para estudar novos protocolos de imagem quântica. Eles também estão explorando a possibilidade de fabricar janelas mágicas usando outras abordagens além dos cristais líquidos. Por exemplo, o uso de metasuperfícies dielétricas para fazer um dispositivo de janela mágica pode reduzir sua pegada e aumentar a largura de banda. + Explorar mais

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