Espião invisível: camuflagem permite ver sem ser visto

Camuflagem plasmônica

Engenheiros usaram a camuflagem plasmônica - uma das técnicas usadas para criar os mantos de invisibilidade - para criar um dispositivo que consegue ver sem ser visto.

O método mais tradicional para criar invisibilidade é usar estruturas físicas projetadas para interagir com os raios de luz - os metamateriais.

Ao contrário do que possa parecer, as áreas em
amarelo brilhante representam a luz refletida pelo
silício. As áreas escuras estão revestidas com ouro,
tendo tornado-se "invisíveis" devido à interferência
destrutiva das ondas plasmônicas.
[Imagem: Stanford Nanocharacterization Lab]

Na invisibilidade plasmônica, tira-se proveito dos plásmons de superfície, ondas de elétrons que se formam na superfície de metais a partir de sua interação com a luz.

Neste novo trabalho, realizado por uma equipe das universidades de Stanford e Pensilvânia, os pesquisadores usaram um truque que parece pouco intuitivo: uma cobertura de metal reflexivo que torna menos visível o material ao qual essa película brilhante é aplicada.

Fotodetector invisível

Embora a equipe chame seu experimento de "máquina invisível", o aparato consiste essencialmente de um nanofio de silício recoberto por uma fina camada de ouro - seria mais adequado chamá-lo de fotodetector invisível.

Ajustando a proporção entre ouro e silício, a equipe conseguiu fazer com que os raios de luz refletidos pelos dois materiais cancelem-se mutuamente, um fenômeno conhecido como interferência destrutiva e que foi usado recentemente para forçar a luz a fazer curvas.

Conforme as ondas de luz surfam sobre o metal e o semicondutor, elas criam uma separação de cargas positivas e negativas nos dois materiais - um momento dipolar, em termos técnicos.

Esta imagem do experimento real mostra que o rendimento é bom para uma primeira tentativa, mas que a "invisibilidade" não é total. [Imagem: Fan et al./Nature Photonics]

O pulo do gato consiste em criar um dipolo no ouro que seja igual em intensidade, mas oposto em sinal, ao dipolo no silício.

Quando dipolos positivos e negativos de igual intensidade se encontram, eles se anulam, e o sistema torna-se invisível.

"Descobrimos que um revestimento de ouro cuidadosamente projetado modifica drasticamente a resposta óptica do nanofio de silício," afirma Pengyu Fan, primeiro autor do artigo que descreve a descoberta. "A absorção da luz no fio cai ligeiramente - por um fator de apenas quatro -, mas a dispersão da luz cai 100 vezes devido ao efeito de camuflagem, tornando-se invisível."

Ou seja, o revestimento de ouro, que é normalmente altamente reflexivo, é a porção do nanofio que se torna invisível.

Espião invisível

Os experimentos mostraram que a invisibilidade plasmônica é eficaz em grande parte do espectro de luz visível e que o efeito funciona independentemente do ângulo de entrada da luz ou do formato e do posicionamento do nanofio.

O mecanismo também funciona com outros metais em lugar do ouro, como o alumínio e o cobre, com rendimento semelhante.

Segundo a equipe, esse espião invisível - ele detecta a luz do exterior, mas a luz que ele próprio emite não pode ser vista - poderá ter utilidade em áreas como células solares, sensores, LEDs, lasers semicondutores, entre outras.

Em câmeras digitais e sistemas avançados de imageamento médico, por exemplo, pixels camuflados plasmonicamente poderão reduzir o ruído entre pixels vizinhos, que geram imagens borradas.

"Nós podemos até mesmo imaginar a possibilidade de fazer uma reengenharia dos aparelhos optoeletrônicos para incorporar novas funções valiosas e para alcançar densidades de sensores que não são possíveis hoje," afirmou Mark Brongersma, coautor do estudo.

Bibliografia:

An invisible metal-semiconductor photodetector
Pengyu Fan, Uday K. Chettiar, Linyou Cao, Farzaneh Afshinmanesh, Nader Engheta, Mark L. Brongersma
Nature Photonics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2012.108

Fonte: Inovação Tecnológica