Um novo processo pode tornar os materiais sintéticos transparentes ou até mesmo completamente invisíveis

espaço limite final. A espaçonave Enterprise continua sua missão de explorar a galáxia, quando todos os canais de comunicação são subitamente cortados por uma nebulosa impenetrável. Em vários episódios da popular série de TV, a corajosa equipe deve “tecnologia-tecnologia” e “ciência-ciência” em apenas 45 minutos de tempo de transmissão para facilitar sua fuga desta ou de outra situação antes que os créditos finais comecem a ser exibidos. Apesar de passar muito mais tempo em seus laboratórios, uma equipe de cientistas da Universidade de Rostock conseguiu desenvolver uma abordagem totalmente nova para projetar materiais sintéticos que podem transmitir sinais ópticos sem distorções por meio de fluxos de energia bem ajustados. Eles publicaram seus resultados em progresso da ciência.

“Quando a luz é espalhada em um meio não homogêneo, ela sofre espalhamento. Esse efeito rapidamente transforma um feixe comprimido e direcionado em um brilho difuso, que é familiar a todos nós tanto nas nuvens de verão quanto no nevoeiro do outono”, disse o professor Alexander Smit, do Instituto. de Física da Universidade de Rostock descreve o ponto de partida para o bem de sua equipe. Notavelmente, é a distribuição microscópica da densidade do material que determina as propriedades de espalhamento. Smit continua: “A ideia básica da transparência induzida é aproveitar uma propriedade óptica menos conhecida para limpar o caminho de um pacote, por assim dizer”.

Esta segunda propriedade, conhecida no campo da fotônica sob o título obscuro “não-hermiticidade”, descreve o fluxo de energia, ou mais precisamente, amplificar e diluir a luz. Intuitivamente, os efeitos que acompanham podem parecer indesejáveis ​​- especialmente o desvanecimento do feixe de luz devido à absorção pode ser muito contraproducente para a tarefa de melhorar a transmissão do sinal. No entanto, os efeitos não hierárquicos tornaram-se um aspecto importante da óptica moderna, e todo um campo de pesquisa se esforça para aproveitar a interação complexa de perdas e amplificações para funções avançadas.

“Esta abordagem abre possibilidades inteiramente novas”, diz a estudante de doutorado Andrea Steinforth, primeira autora do artigo. Com relação ao feixe de luz, torna-se possível amplificar ou extinguir certas partes de um pacote No nível microscópico para neutralizar qualquer início de deterioração. Para permanecer na imagem da nebulosa, as propriedades de dispersão da luz podem ser completamente suprimidas. “Estamos trabalhando ativamente na modificação de um material para adaptá-lo para a melhor transmissão possível de um sinal de luz específico”, explica Steinforth. “Para isso, o fluxo de energia deve ser controlado com precisão, para que possa se encaixar na matéria e sinalizar como peças de um quebra-cabeça.” Em estreita colaboração com parceiros da Universidade de Tecnologia de Viena, pesquisadores em Rostock enfrentaram com sucesso esse desafio. Em seus experimentos, eles foram capazes de recriar e observar as interações microscópicas de sinais de luz Com seus materiais ativos recém-desenvolvidos em redes de fibra óptica com quilômetros de extensão.

Na verdade, a transparência induzida é apenas uma das possibilidades fascinantes que surgem dessas descobertas. Se um objeto realmente deve desaparecer, deve ser evitado dispersão insuficiente. Em vez disso, as ondas de luz devem aparecer atrás deles completamente imperturbáveis. No entanto, mesmo no vácuo do espaço, a difração por si só garante que qualquer sinal inevitavelmente mudará sua forma. “Nossa pesquisa fornece uma receita para estruturar uma substância de tal forma que os raios de luz passem como se nem a substância nem a região do espaço que ela ocupa estivesse presente. Matthias Heinrich, retornando à fronteira final de Star Trek.

Os resultados apresentados neste trabalho representam um avanço na pesquisa básica em fotônica não hermética e fornecem novos métodos para o ajuste fino eficaz de sistemas ópticos sensíveis, por exemplo, sensores para uso médico. Outras aplicações potenciais incluem codificação óptica e transmissão segura de dados, bem como a síntese de materiais sintéticos versáteis com propriedades personalizadas.