Metamaterial

Definição

É um material produzido artificialmente, dotado de propriedades físicas que não são encontradas normalmente na natureza. A palavra metamaterial, assim, designaria materiais que possuiriam propriedades não naturais. Evidentemente, qualquer propriedade que um metamaterial apresenta, por mais estranha que possa parecer, é fisicamente possível, caso contrário não seria verificada. Entretanto, esse nome reflete a perplexidade da comunidade científica quando encontraram nos materiais referidos propriedades físicas antes consideradas não possíveis e que normalmente não são encontrados na natureza.

Tecnologia e aplicações

As propriedades ópticas dos metamateriais provêem de nanoestruturas produzidas em laboratório que atuam no caminho das ondas eletromagnéticas que os atravessam de formas não usuais. Os comprimentos de onda para os quais os metamateriais apresentam tais propriedades dependem diretamente dos tamanhos de suas nanoestruturas, o que significa o desenvolvimento dessa tecnologia depende diretamente do desenvolvimento de nanotecnologia cada vez mais sofisticadas. Os primeiros metamateriais produzidos eram capazes de desviar com índice de refração negativo comprimentos de onda relativamente pequenos, tais como micro-ondas. A utilização das propriedades de metamateriais com ondas na faixa da luz visível depende de se conseguir nanoestruturas de aproximadamente 50 nanômetros, o que equivale a 5 átomos em fila. Entretanto, o máximo que se conseguiu até o momento foram nanoestruturas de 100nm, suficiente para criar um índice de refração de -0,6 para a luz vermelha de 780nm. As pesquisas de metamateriais têm recebido grande atenção e investimento de agências governamentais e privadas dadas as incríveis tecnologias que prometem viabilizar. Objetos revestidos de cobertura metamaterial poderiam se tornar invisíveis, pois seriam contornados pela luz visível da mesma forma que uma pessoa é contornada pela corrente de um rio, o que traria óbvias aplicações militares. Super lentes produzidas com esses materiais poderiam permitir que se estudassem em detalhes inéditos estruturas menores que o comprimento de onda da luz.

Aplicações menos visíveis

   Cientistas conseguiram fabricar materiais 3-D que conseguem reverter à direção natural da luz visível e da luz na faixa do infravermelho próximo.

O desenvolvimento poderá abrir novos caminhos para microscópios de altíssima resolução, nanocircuitos para supercomputadores e para deleite dos entusiastas da ficção científica e da fantasia, mecanismos de invisibilidade, capazes de tornar objetos invisíveis ao olho humano.

Índice de refração negativo

Uma característica-chave dos metamateriais é que eles possuem um índice de refração negativo, curvando a luz de forma inversa ao que acontece em todos os materiais naturais, que possuem índices positivos de refração.

Imagine uma colher inclinada, parcialmente mergulhada em um copo com água. A parte submersa da colher parece inclinar-se no sentido da superfície da água. Se a água tivesse um índice de refração negativo, a porção submersa da colher apareceria saltando para fora da superfície da água.

Metamateriais 3-D

Outros pesquisadores já haviam construído metamateriais 3-D com índices de refração negativos, mas que são sensíveis apenas à faixa de freqüência das microondas e não nas chamadas freqüências ópticas.

 Os humanos vêem o mundo através de uma estreita banda de radiação eletromagnética conhecida como luz visível, com comprimento de onda entre 400 nanômetros (luz violeta) e 700 nanômetros (luz vermelha). O comprimento de onda da luz infravermelha é maior, variando entre 750 nanômetros até 1 milímetro.

Dobrando a luz

 Para que um metamaterial tenha índice negativo de refração, sua rede estrutural deve ser menor do que o comprimento de onda da faixa específica do espectro eletromagnético no qual ele deve funcionar. É por isso que os primeiros metamateriais funcionam com as microondas, que possuem comprimentos de onda entre 1 mm até 30 cm, o que os torna muito mais fáceis de serem fabricados.

Metamateriais com nanofios

Esses materiais são compostos de nanofios de prata crescidos no interior de um óxido de alumínio poroso. Embora a estrutura seja 10 vezes mais fina do que uma folha de papel, ele é considerado um metamaterial espesso porque ele tem mais do que 10 vezes o tamanho do comprimento da onda da luz.

Aplicações práticas

O maior benefício de ser ter um material com índice de refração verdadeiramente negativo, é que torna-se possível melhorar dramaticamente e desempenho dos mais diversos tipos de antenas, por meio da redução da interferência.

Materiais com índice de refração negativo também são capazes de inverter o efeito Doppler- um fenômeno físico utilizado nos radares policiais para monitoramento da velocidade dos veículos, fazendo com que a freqüência das ondas diminua ao invés de aumentar com a aproximação