Pesquisadores comprovam limites fundamentais de absorção de energia eletromagnética
Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público Engenheiros elétricos da Duke University determinaram o limite teórico fundamental para a quantidade de energia eletromagnética que um material transparente com uma determinada espessura pode absorver. A descoberta ajudará os engenheiros a otimizar dispositivos projetados para bloquear certas frequências de radiação e, ao mesmo tempo, permitir a passagem de outras, para aplicações como comunicações furtivas ou sem fio.
“Grande parte da física do universo conhecido já possui soluções fundamentais ou é complexa demais para obter uma resposta exata”, disse Willie Padilla, professor de engenharia elétrica e de computação na Duke. "Em qualquer campo, é raro encontrar um resultado verdadeiramente novo, fundamental e exato como este."
A pesquisa aparece em Nanofotônica.
Seja construindo uma antena ou desenvolvendo protetor solar, há muitos casos em que certos tipos de luz devem ser absorvidos. Um truque para maximizar essa quantidade é aumentar a espessura do material que absorve a energia.
No entanto, a espessura necessária para um material transparente proporcionar essa absorção era desconhecida até agora.
Há mais de 20 anos, Konstantin N. Rozanov, do Instituto de Eletrodinâmica Teórica e Aplicada de Moscou, na Rússia, descobriu a maior quantidade de luz em uma faixa de comprimentos de onda que um dispositivo de certa espessura poderia absorver se um dos lados fosse revestido de metal. Este cenário cria um limite em um lado onde toda a luz é refletida ou absorvida, fornecendo uma restrição que permite uma certa abordagem matemática para resolver o problema.
Tirar aquela borda de metal e permitir que a luz continue passando, no entanto, é um cavalo de uma cor totalmente diferente no espectro eletromagnético.
"Rozanov usou um truque inteligente onde trabalhou no comprimento de onda em vez da frequência", disse Yang Deng, assistente de pesquisa que trabalha no laboratório de Padilla. "Mas desde então vários pesquisadores tentaram usar essa abordagem para este problema e falharam."
Para criar uma nova abordagem matemática, Padilla e Deng colaboraram com Vahid Tarokh, professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Família Rhodes na Duke. A pesquisa de Tarokh abrange uma ampla gama de tópicos enquanto busca novas formulações e abordagens para aproveitar ao máximo os conjuntos de dados.
Tarokh conseguiu descobrir como moldar o problema para que pudesse ser resolvido, tirando um coelho da cartola matemática.
"A retrospectiva é 20/20, mas até os matemáticos chamam essas estratégias criativas de 'truques'", disse Padilla.
Além da novidade de resolver um problema há muito procurado, os pesquisadores afirmam que seu trabalho tem implicações práticas em diversas áreas. Os absorvedores com suporte de metal não deixam passar nenhum tipo de energia eletromagnética. Mas existem certos aplicativos em que você pode querer bloquear algumas frequências e deixar outras passarem.
Por exemplo, os telefones celulares podem querer bloquear certos tipos de radiação eletromagnética prejudicial enquanto permitem a passagem de outros, como GPS ou Bluetooth. Conhecer os limites fundamentais desse tipo de objetivo permitirá que os engenheiros saibam quando mais trabalho para otimizar seu projeto não valerá o esforço.
