Metassuperfície quebra lei da reflexão e dirige ondas à vontade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/03/2019

Os meta-átomos são as estruturas geométricas dispostas com precisão matemática para se obter os efeitos desejados.
[Imagem: Aalto University]

Átomos artificiais para criar materiais artificiais

Pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, desenvolveram metassuperfícies que manipulam ondas sonoras de forma controlada, essencialmente quebrando a lei clássica da reflexão, fazendo as ondas se refletirem da maneira que se desejar.

Metassuperfícies são estruturas artificiais, compostas de arranjos periódicos de meta-átomos em várias escalas, tipicamente menores do que a onda que se deseja manipular. Os meta-átomos, que funcionam como antenas ao interagir com as ondas sonoras ou eletromagnéticas, são feitos de materiais comuns. Contudo, quando dispostos de maneira periódica, a superfície que esses meta-átomos formam apresenta efeitos incomuns que não podem ser obtidos com os materiais naturais.

Quebrando a Lei da Reflexão

Quando uma onda incide sobre uma superfície refletora com um determinado ângulo e sua energia é refletida de volta, o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Esta lei de reflexão clássica é válida para qualquer superfície homogênea.

A nova metassuperfície muda isto, permitindo a manipulação arbitrária das ondas refletidas, essencialmente quebrando a lei da reflexão - o ângulo de reflexão será determinado pelo posicionamento dos meta-átomos.

"As soluções existentes para controlar a reflexão das ondas têm baixa eficiência ou são de difícil implementação," explicou a pesquisadora Ana Díaz-Rubio. "Nós resolvemos ambos os problemas. Não apenas descobrimos uma maneira de projetar metassuperfícies altamente eficientes, como também podemos adaptar o design para diferentes funcionalidades. Essas metassuperfícies são uma plataforma versátil para o controle arbitrário da reflexão."

Representação do efeito obtido com a metassuperfície projetada para ondas sonoras - ela pode funcionar com qualquer tipo de onda.
[Imagem: Aalto University]

Aplicações das metassuperfícies

Neste experimento, Ana e seus colegas trabalharam com ondas sonoras, mas o princípio pode ser aplicado a campos eletromagnéticos e até ondas do mar, criando metafluidos ou equipamentos para concentrar as ondas do mar para gerar mais energia, por exemplo.

Para ver o quanto essas superfícies artificiais são interessantes, basta lembrar que essas estruturas artificiais - versões bidimensionais dos mais conhecidos metamateriais - estão sendo usadas para substituir a eletricidade por luz dentro dos processadores, revolucionar instrumentos científicos e construir um olho eletrônico, apenas para citar alguns exemplos.

Esta mesma equipe apresentou recentemente um espelho cujo reflexo depende do ângulo que você olha.

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