O Que é a Metamatéria?

A metamatéria se caracteriza por ser um material produzido de forma artificial. As propriedades físicas desses produtos não são encontradas na natureza, são criadas pelo homem. O nome metamatéria vem do grego em que ‘meta’ significa ‘além de’, dessa forma metamatéria tem como significado ‘além da matéria’.

A descoberta da metamatéria se deu quando cientistas observaram que algumas propriedades físicas não existiam e nem eram possíveis na natureza. As principais características dos metamateriais é que eles apresentam efeito Doppler invertido e índice de refração negativo.

A Metamorfose dos Metamateriais

Grande parte do nos cerca é o resultado da adaptação de algum material encontrado na natureza pelo homem. Os tijolos que tornam as paredes das casas sólidas, por exemplo, são materiais que passaram por uma metamorfose de forma que atendessem as necessidades das pessoas.

O prefixo meta passou a ser usado quando se percebeu que alguns materiais passaram por transformações não somente mecânicas, mas também de suas propriedades eletromagnéticas em relação aos materiais naturais. O ser humano está sempre em busca de novos materiais com novas funcionalidades que atendam as suas necessidades.

Dessa forma com o passar do tempo os elementos conhecidos da Tabela Periódica deixaram de ser suficientes. Assim o homem passou a construir os chamados meta-átomos e reuniu-os em metamoléculas para que se tornasse possível fazer metamateriais que tem como objetivo desempenhar funções que nenhum outro material existente na natureza seria capaz.

Estudos Sobre Metamatéria

O primeiro estudo realizado sobre metamatéria aconteceu no ano 1967 pelo físico soviético Victor Veselago. No ano de 2006 pesquisadores da Universidade Duke que fica na Carolina do Norte nos Estados Unidos em parceria com o Imperial College de Londres realizaram experimentos que comprovaram ser possível sintetizar materiais que tivessem índices de refração negativos.

Para realizar o desenvolvimento de novas tecnologias diversas agências governamentais têm investido em pesquisa com os chamados metamateriais. Um dos principais objetivos desses estudos é sintetizar materiais que tenham cobertura metamaterial que torne possível deixá-los invisíveis.

A partir desses estudos a respeito dos mantos de invisibilidade descobriu-se que os metamateriais poderiam alterar não somente as ondas eletromagnéticas, mas qualquer tipo de onda como as ondas do mar, as ondas sonoras e até mesmo as ondas sísmicas.

Possibilidades

Uma das perspectivas mais interessantes para a metamatéria é a de permitir uma manipulação dos índices de refração de tal forma que chegasse a escalas nanométricas que permitiriam criar chips que utilizassem luz no lugar de eletricidade para trabalhar. Com esse tipo de chips seria possível aumentar o desempenho e a velocidade de processamento dos computadores o que resultaria nos chamados supercomputadores.

Metamaterial Controlado Pela Luz

Uma das principais dificuldades em relação aos metamateriais era conseguir efetivamente controlá-los. Essa dificuldade parece ter deixado de existir a partir de um estudo realizado na Universidade Nacional Australiana em que foi criado um metamaterual que tem o seu efeito sobre as ondas eletromagnéticas controlado por uma outra onda eletromagnética externa. Um LED emite um feixe de luz simples para fazer o controle.

A demonstração desse conceito foi feito da seguinte forma pela equipe australiana, um metamaterial que manipula a luz como um espelho plano normal foi criado. Porém, quando o material é controlado por um feixe de luz externo passa a atuar como um espelho côncavo ou como um espelho convexo, porém, sem que haja qualquer tipo de alteração do seu formato original.

O metamaterial em questão contém um meta-átomo controlado por luz que é um ressonador em anel (SRR: split-ring resonator). Esse pequeno anel não se fecha completamente e atua em conjunto com um varactor que é um componente eletrônico que possui sua capacitância variável que pode ser conhecido também como varicap.

O controle do metamaterial sobre as ondas eletromagnéticas pode variar de acordo com a variação da intensidade de brilho realizado pelos LEDs.

Reações Entre Meta-Átomos

Pesquisadores do Instituto AStar, de Cingapura resolveram realizar um novo tipo de experiência com metamoléculas. O trabalho consistiu em formar metamoléculas não apenas de um único tipo, mas sim de dois tipos diferentes de meta-átomos. Um dos meta-elementos é uma esfera de silício e o outro é o já conhecido (pela comunidade científica) meta-átomo anel ressonante.

O estudo se baseou na influência mútua que os dois meta-átomos tem sobre o componente magnético das ondas eletromagnéticas que são manipuladas pelo metamaterial, propriedade que é conhecida como magnetização. Quando as duas estruturas se encontram separadas por mais de micrômetro trabalham para reforçar o campo magnético local.

Assim que elas se aproximam entretanto começam a interagir o que faz com que haja uma redução da magnetização do ressonador em anel. Em separações menores do 0,5 micrômetro a redução da magnetização é tanto que essa pode se tornar negativa.

Esse estudo demonstrou que as redes híbridas de metamoléculas tem interação magnética embora ela dependa da distância. O entendimento disso abre diversas perspectivas para o uso dos metamateriais.

Metamateriais Quânticos

Um estudo realizado na Universidade de Montpellier, na França demonstrou que metamateriais podem ser quânticos também. Os metamateriais já tinham um grande status dentre a comunidade científica devido aos seus índices negativos de refração, superlentes, mantos da invisibilidade e até mesmo pela sua plasmônica, porém, agora está demonstrado que eles podem ter ainda mais liberdade.

Os pesquisadores franceses propuseram duas técnicas que tornam possível criar um metamaterial que tenha propriedades quânticas.

As Técnicas

A primeira técnica é usar cristais artificiais como meta-átomos ultrafrios. Esses meta-átomos são organizados de forma periódica por armadilhas ópticas criando assim um isolador de Mott.

A construção desse aparato é possível, porém, possui um extremo grau de complexidade que necessita de condições precisas do laboratório o que torna difícil realizar o experimento de forma prática. A outra técnica proposta se mostra mais viável e utiliza meta-átomos nanofrios que contenham pontos quânticos.

A estrutura é simples e possui propriedades muito interessantes como, por exemplo, índice negativo, camuflagem dielétrica e magnetismo efetivo. Além disso, essa experiência pode ser realizada de forma bem fácil. Os estudos quânticos com metamateriais são bastante recentes, mas acredita-se poder chegar a excelentes resultados.

Lembramos que os fenômenos quânticos da matéria natural permitiram o desenvolvimento da eletrônica de forma que os metamateriais quânticos podem oferecer várias possibilidades.

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Categoria(s) do artigo:
Ciência

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