Tecnologia Científica

A primeira observação do efeito superscattering de metamateriais
Dois tipos comuns de dispositivos de ilusão são superdispersores e gateways invisíveis. O primeiro é projetado para espalhar luz e o segundo para refletir os raios de luz através de um portal físico.
Por ngrid Fadelli, - 24/06/2021


O portal invisível realizado pelo superscatterer metamaterial dos pesquisadores. À direita: impedindo a entrada da onda no portal. Crédito: Ye et al.

Entrar por uma porta invisível para pegar um trem na estação King's Cross em Londres é uma cena fictícia famosa da série Harry Potter. Nas últimas décadas, os físicos têm tentado produzir um efeito semelhante, concentrando seus esforços de pesquisa em dispositivos de ilusão.

Dispositivos de ilusão são dispositivos que podem alterar as propriedades óticas de objetos para corresponder às de outros objetos virtuais ou torná-los aparentemente invisíveis, produzindo uma ilusão . Dois tipos comuns de dispositivos de ilusão são superdispersores e gateways invisíveis. O primeiro é projetado para espalhar luz e o segundo para refletir os raios de luz através de um portal físico.

Do ponto de vista teórico, superdispersores e portais invisíveis foram estudados até agora principalmente no contexto da óptica de transformação e transformações de geometria dobrada (ou seja, a transformação visual e ilusória de objetos em outros objetos). A realização experimental desses dispositivos, no entanto, requer o uso de metamateriais com propriedades específicas (por exemplo, uma permissividade e permeabilidade negativas) que podem ser difíceis de empregar em processos de fabricação.

Pesquisadores da Universidade de Nanjing e da Universidade de Xiamen na China recentemente usaram um metamaterial com uma permissividade e permeabilidade simultaneamente negativas para criar um dos primeiros grandes superespalhadores. Em seu artigo, publicado na Physical Review Letters , eles demonstram o efeito superscattering desse dispositivo em frequências de microondas usando a tecnologia de mapeamento de campo.

"O portal invisível baseado em uma lente perfeita tem apenas um experimento baseado em circuito ", disse Huanyang Chen, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. "Nossa motivação foi realizar um verdadeiro portal invisível para ondas eletromagnéticas com base em uma teoria desenvolvida anteriormente . Conseguimos terminar este dispositivo no Laboratório do Prof. Rui-Xin Wu, dez anos depois de começarmos a trabalhar para atingir esse objetivo."

Os físicos não haviam sido capazes de verificar a interrupção da propagação de ondas e outros efeitos de superespalhamento em dispositivos de ilusão. Para demonstrar o efeito de superespalhamento do grande superespalhamento de metamaterial que eles perceberam, Chen e seus colegas usaram a tecnologia de mapeamento de campo de microondas.

"Esta tecnologia nos permitiu observar diretamente a propagação da onda dentro do superdispersor", disse o Prof. Wu, outro pesquisador envolvido no estudo, ao Phys.org. "Usando o mapeamento de campo de micro-ondas, observamos o padrão de onda de um grande objeto de metal cujo tamanho é maior do que o tamanho real do superdispersor e a propagação de onda proibida em um grande portal que inclui um superdispersor de metamaterial."

As descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores confirmam que o superscattering se origina da excitação de plasmons de superfície, uma hipótese apresentada em trabalhos anteriores. Além disso, Chen, o Prof. Wu e seus colegas mostraram que um portal invisível pode parar as ondas eletromagnéticas em um canal de ar com uma largura muito maior do que a largura de corte do guia de ondas retangular correspondente.

O artigo recente publicado na Physical Review Letters fornece a primeira observação direta do efeito superscattering em metamateriais. Essa observação pode, em última análise, inspirar o design de novos dispositivos de ilusão baseados em um design semelhante ao realizado pelos pesquisadores.

"Nosso artigo demonstra um caso real de superespalhamento, mas apenas para uma faixa estreita de frequências de trabalho", disse Chen. "Além disso, a porta poderia ser mudada de um estado normalmente aberto para um estado invisível fechado, ajustando o campo magnético aplicado. Nosso trabalho provavelmente inspirará mais pesquisas sobre dispositivos de ilusão para microondas. Além disso, no futuro, também pode ser possível estender o conceito para ondas acústicas ou até ondas do mar. "

 

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