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Construído o espelho mais leve e fino do mundo

Metaespelho

Pode um espelho mais fino do que o comprimento de onda da luz refletir a luz?

Sim, basta usar metamateriais, materiais artificiais que possuem propriedades que nenhum material natural possui.

Jun Rui e David Wei, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, demonstraram isto construindo não apenas o espelho mais fino já fabricado, mas também o mais leve.

Famosos por conta das camuflagens e mantos de invisibilidade, tipicamente os metamateriais são formados por pequenas antenas, mas nada comparáveis às dimensões que Rui e Wei usaram para construir sua nanoestrutura.

O espelho mais leve já construído consiste em uma camada de apenas algumas centenas de átomos idênticos, organizados em uma matriz bidimensional por uma malha de feixes de laser que se cruzam - os átomos ficam presos nos "entroncamentos" dos feixes de laser.

Apesar da leveza e de uma espessura de apenas algumas dezenas de nanômetros, o nanoespelho apresenta uma reflexão tão forte que pode ser captada diretamente pelo olho humano, sem necessidade de nenhum aparelho.

Antenas atômicas

Geralmente, os espelhos utilizam superfícies metálicas altamente polidas ou vidros ópticos especialmente revestidos para melhorar o desempenho em pesos menores.

O nanoespelho, assim como todos os metamateriais, apresenta propriedades que dependem não dos átomos que o formam, mas da sua estrutura física, ou seja, da forma como os átomos são organizados.

Essas características - o padrão regular e o espaçamento dos átomos em dimensões menores do que o comprimento de onda da luz - são os dois elementos cruciais por trás desse novo tipo de espelho óptico.

Primeiro, o padrão regular e o espaçamento dos átomos suprimem uma dispersão difusa da luz, agrupando a reflexão em um feixe de luz unidirecional e constante. Segundo, devido à distância comparativamente próxima e à distância discreta entre os átomos, um fóton que chega pode saltar para frente e para trás entre os átomos mais de uma vez antes de ser refletido, ganhando energia.

Ambos os efeitos - a dispersão suprimida da luz e a oscilação dos fótons - levam a uma "resposta cooperativa aprimorada ao campo externo", dizem os cientistas, o que significa, neste caso, um reflexo muito forte.

Jun Rui e David Wei mostram a parafernália necessária para fazer funcionar o espelho mais leve do mundo.

Interação entre matéria e luz

Com um diâmetro de cerca de sete micrômetros, o espelho é tão pequeno que não pode ser visto a olho nu. Contudo, apesar de anunciado pela equipe como o espelho mais leve do mundo, o aparato necessário para sua criação e funcionamento é enorme: A exemplo de outros experimentos ópticos quânticos, são mais de mil componentes ópticos individuais, tudo pesando cerca de duas toneladas.

Ainda assim, o impacto científico da inovação é significativo. A expectativa é que ela permita aprofundar a compreensão fundamental das teorias quânticas da interação matéria-luz, da física de muitos corpos com fótons ópticos e permitir a engenharia de dispositivos quânticos mais eficientes.

"Muitas novas oportunidades interessantes foram abertas, como uma abordagem intrigante para estudar a optomecânica quântica, que é um campo crescente de estudo da natureza quântica da luz com dispositivos mecânicos. Ou, nosso trabalho também pode ajudar a criar melhores memórias quânticas ou até construir um espelho óptico comutável quântico," acrescentou David Wei. "Ambos são avanços interessantes para o processamento quântico de informações".