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  • 11 de março, 2019

    Metassuperfície quebra lei da reflexão e dirige ondas à vontade

    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.”

     

    Metassuperfície quebra lei da reflexão e dirige ondas à vontade

    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.

     

    Bibliografia:

    Power flow-conformal metamirrors for engineering wave reflections

     Ana Díaz-Rubio, Junfei Li, Chen Shen, Steven A. Cummer, Sergei A. Tretyakov

     Science Advances

     Vol.: 5, no. 2, eaau7288

     DOI: 10.1126/sciadv.aau7288