Metamateriais Quânticos – Nova fronteira tecnológica

Por , em 9.09.2012

Por Mustafá Ali Kanso

Denominam-se metamateriais todos os materiais sintéticos dotados de propriedades químicas e/ou físicas que ultrapassam em muito as propriedades daqueles encontrados na natureza. Podemos destacar os metamateriais que permitem alterações em suas propriedades eletromagnéticas oferecendo possibilidades de aplicações tecnológicas inéditas.
Para entendermos melhor o que isso significa, imagine uma simples lâmina de vidro sendo iluminada. Vamos destacar três raios luminosos R1, R2 e R3 e obsevar três possibilidades de comportamento não excludentes, ou seja, a lâmina de vidro pode:

1) absorver os raios luminosos como o que ocorre com R1 em A;
2) transmitir os raios luminosos, como o que ocorre com R2 em T;
3) refletir os raios luminosos como que ocorre com R3 em R.

Na prática observamos os três fenômenos ocorrendo concomitantemente, no entanto, quando um deles predominar, podemos classificar essa lâmina de vidro como:

a) opaca: quando todos os raios luminosos são totalmente absorvidos
b) refletora: quando todos os raios luminosos são totalmente refletidos
c) transparente: quando todos os raios luminosos são totalmente transmitidos.

Grosso modo, se fosse possível, alterar a capacidade refletora, fazendo com que o ângulo de reflexão fosse de 180o, teríamos um comportamento de reflexão próximo ao da transmissão, ou seja, teríamos uma retrorreflexão. É mais ou menos o que ocorre com o manto de invisibilidade, tornado exequível pelos metamateriais.

Mas tem mais. Nesse exemplo mais célebre, caracterizado pelo o manto de invisibilidade, se observou a propriedade de alterar não apenas o comportamento das ondas eletromagnéticas, tais como a luz e ondas de rádio, mas também o de ondas mecânicas, como o som, ondas do mar e até ondas sísmicas.

Esses materiais sintéticos, são em si, tão promissores que já abriram um campo de pesquisa próprio com inovações e descobertas intrigantes ocorrendo toda semana.

Para ilustrar o exposto, vamos apenas citar três novidades recentes nesse campo, destacando a mais inquietante de todas que é o metamaterial com comportamento quântico:

1) Metamaterial controlado pela luz

Ilya Shadrivov, da Universidade Nacional Australiana, desenvolveu um metamaterial cujo efeito sobre as ondas eletromagnéticas é controlado por um simples feixe de luz emitida por um LED.

Para demonstrar seu novo conceito, a equipe australiana criou um metamaterial que emula o comportamento de três tipos diferentes de espelhos (plano, côncavo e convexo) sendo que a comutação entre esses três comportamentos é realizada por impulsos luminosos codificados pela intensidade.

2) Meta-moléculas

O pesquisador Xiang Zhang, do Laboratório Berkeley, nos Estados Unidos, criou metamoléculas, cujo comportamento é análogo à quiralidade típica das biomoléculas naturais.

Das nossas aulas de Química Básica, a quiralidade é uma propriedade apresentada por substâncias isômeras de girar o plano da luz polarizada para a direita (isômero dextrógiro) e para esquerda(isômero levógiro).

No caso dessas metamoléculas também é possível efetuar uma comutação nesse comportamento, alternando entre o comportamento dextrógiro e levógiro, realizado por pulsos luminosos de intensidade controlada.

3. Metamateriais quânticos

De acordo com as pesquisas de Didier Felbacq e Mauro Antezza, da Universidade de Montpellier, na França demonstrou-se que é possível conferir aos metamateriais um grau de liberdade quântica, valendo-se de duas técnicas bem diferentes.

A primeira utiliza como meta-átomos, cristais artificiais de átomos comuns (como berílio e irídio), em temperatura reduzida e organizados de tal forma que criam um tipo de isolante Mott, ou seja, um tipo de isolante elétrico um tanto frustrado, pois embora possua todas as características de um condutor elétrico, comporta-se como isolante – e aí a coisa toda descamba para superfluído quântico e condensados de Bose-Einsten que deixaremos para falarmos em outro artigo.

A segunda técnica é bem mais promissora, vale-se de meta-átomos de nanofios contendo pontos quânticos.

“Esta estrutura é interessante por várias razões: ela é simples, tem muitas propriedades interessantes (índice negativo, magnetismo efetivo, camuflagem totalmente dielétrica) e pode ser realizada experimentalmente de forma muito fácil,” afirmam os pesquisadores.

Esta área das pesquisas está ainda nos primeiros passos, o que torna complicado arriscar algumas previsões sobre suas implicações práticas no campo dos metamateriais.

No entanto, tendo como base que os fenômenos quânticos observados na matéria natural permitiram todo um novo desenvolvimento da eletrônica e criaram a área da spintrônica e da computação quântica, ouso afirmar que o que esta por vir nessa área vai provocar uma “Matrioshka” revolucionária.

Em outras palavras: uma revolução, dentro de outra revolução, dentro de outras revoluções.

Estou aguardando com muita expectativa.

-o-

[Imagem de arquivo: Atom-Matrioshka]

 

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Seus contos “Herdeiros dos Ventos” e “Uma carta para Guinevere” foram, em 2010, tópicos de abordagem literária do tema “Love and its Disorders” no “4th International Congress of Fundamental Psychopathology.”

Foi premiado com o primeiro lugar no Concurso Nacional de Contos da Scarium Megazine (Rio de Janeiro, 2004) pelo conto Propriedade Intelectual e com o sexto lugar pelo conto Singularis Verita.

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3 comentários

  • David Quirino:

    Noite passada estive lendo um artigo publicado em HypeScience sobre cinco civilizações extintas devido a mudanças climáticas e ocorreu-me que isto não teria sido necessário se estas civilizações tivessem se preparado para as catastróficas eventualidades que culminaram com seus desaparecimentos, a exemplo do que acontecerá com nossa atual civilização global, caso as previsões de nossos pesquisadores venham a confirmar-se. Ao deparar com o presente artigo, sobre metamateriais, lembrei-me de algo que me atormenta, pelo simples fato de ser tão tipo… “ficção científica de gibi”, que ninguém prestaria atenção, e quem prestasse, trataria de não se manifestar, por interesses próprios. Nossa atual tecnologia, alcançada, apesar de todos os boicotes de idiotas que querem ser ricos e senhores, poderia estar, sem isso, mil vezes mais avançada e não teríamos ricos, nem pobres e nem escravos. Apesar de tudo, ela existe a um nível em que isto seria possível, se aplicada. Se a espécie humana estivesse educada e consciente dos recursos já existentes e estes estivessem postos à serviço da humanidade, estaríamos avançando em tecnologia a um ritmo tão acelerado que fica difícil prever até onde chegaríamos. Estaríamos em condições de defender-nos até mesmo da possibilidade de o nosso mundo tornar-se inabitável… pelos padrões atuais. Nosso programa de exploração espacial não mais seria um programa, pois seria tão corriqueiro deslocarmo-nos daquí para um outro corpo celeste qualquer, àonde quiséssemos. Imaginem, por exemplo, se nossas atuais fontes de energia pudessem ser aproveitadas, sem que nada lhes fosse alterado, de forma a produzir, dessa forma, mil vezes mais trabalho e produção do que o que se consegue atualmente! Isto seria a queda de impérios, que dariam lugar a outros… só que bem melhores. Aí, entram os metamateriais que tornariam isso possível e que já podemos produzir e usar. Imaginem se pudessemos deslocar um veículo automotor por mil quilômetros com a mesma energia utilizada agora para move-lo apenas dez quilômetros. …pensem!

  • Paulo Trin Junior:

    DenominaM-se metamateriais todos os materiais (…)

  • aguiarubra:

    P.: “…Estou aguardando com muita expectativa…”

    Comentário: ídem, ídem, ídem…!!!!!

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