Um revestimento de material, cujas propriedades de refração da luz podem ser alternadas com precisão entre diferentes estados, foi desenvolvido por uma equipe de pesquisa interdisciplinar dos departamentos de Química e Física da Universidade de Jena. A equipe, liderada por Felix Schacher, Sarah Walden, Purushottam Poudel e Isabelle Staude, combinou polímeros que reagem à luz com as chamadas metassuperfícies.



Esta inovação levou à criação de novos componentes ópticos que poderiam ser potencialmente utilizados no processamento de sinais. Suas descobertas foram publicadas na revista ACS Nano .

Combinar dois sistemas estabelecidos para criar algo novo

“Tanto as metassuperfícies quanto os polímeros comutáveis ​​por luz são conhecidos em princípio há décadas”, explica Sarah Walden, do Instituto de Física do Estado Sólido, que agora lidera um grupo de pesquisa na Austrália. Ela acrescenta:“Mas somos os primeiros a combinar ambos desta forma para desenvolver novos componentes para aplicações ópticas”.

Metasuperfícies são camadas finas nanoestruturadas cujos tamanhos estruturais característicos são menores que o comprimento de onda da luz. Isto permite que as propriedades da luz e sua propagação sejam especificamente influenciadas, possibilitando uma variedade de funções ópticas que de outra forma seriam executadas por lentes, polarizadores ou grades. Por outro lado, os polímeros comutáveis ​​são plásticos cujas propriedades – como o índice de refração da luz – podem mudar entre diferentes estados.

“Os polímeros que usamos contêm moléculas de corante”, continua Felix Schacher, do Instituto de Química Orgânica e Química Macromolecular. "Isso significa que eles absorvem luz de um determinado comprimento de onda e, ao fazê-lo, alteram sua estrutura - e, portanto, suas propriedades, como o índice de refração da luz, neste caso."

Para retornar o corante à sua estrutura anterior com a propriedade correspondente, é necessária luz de comprimento de onda diferente. “O que há de especial no nosso sistema”, explica a física Isabelle Staude, “é que as mudanças no índice de refração afetam as propriedades ópticas da metassuperfície quando ela é revestida com tal polímero”.

As mudanças alcançadas foram surpreendentemente significativas, mesmo em comparação com sistemas semelhantes anteriormente conhecidos. “Como os polímeros apresentam absorção diferente dependendo do corante, vários efeitos podem ser muito bem separados uns dos outros ou combinados”, resume o físico.

Comportamento físico incomum

Além deste resultado promissor, a equipe fez uma descoberta surpreendente. “Em nosso trabalho, usamos dois corantes diferentes separadamente, cada um aplicado em uma metassuperfície. Isso confirmou o efeito”, elabora Schacher. “No entanto, ao misturar os dois polímeros comutáveis, ocorrem efeitos adicionais”, relata. "Suspeitamos que as duas moléculas de corante diferentes interagem entre si, mas não podemos dizer com certeza neste momento." Mais investigações são necessárias para esclarecer esse comportamento interessante.

Embora o foco principal dessas superfícies comutáveis ​​fosse demonstrar o princípio básico, o grupo de pesquisa pode imaginar diversas aplicações. “Como essas superfícies podem alternar entre diferentes estados de propriedade da luz, a tecnologia de sensores é uma área de aplicação natural”, afirmam os pesquisadores.

É também concebível que tais superfícies comutáveis ​​possam ser utilizadas para processamento óptico de dados. “Claro, nossa equipe ficaria encantada se esses componentes pudessem ser usados ​​para redes neurais ópticas, por exemplo, que poderiam então processar informações de imagens da mesma forma que a inteligência artificial eletrônica pode agora”, diz Schacher.

"No entanto, como este tipo de processamento de dados é baseado na luz e não na eletrônica, é significativamente mais eficiente em termos energéticos e mais rápido do que a IA tradicional baseada em computador."

Mais informações: Sarah L. Walden et al, Ajuste espacialmente resolvido de duas cores de metasuperfícies revestidas com polímero, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11760
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pela Universidade Friedrich Schiller de Jena