Descoberto limite fundamental de absoro de energia eletromagntica

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 19/03/2024

Limite de absoro

Cientistas determinaram o limite terico fundamental para a quantidade de energia eletromagntica que um material transparente com uma determinada espessura consegue absorver.

A descoberta ajudar os engenheiros a otimizar dispositivos projetados para bloquear certas frequncias de radiao e, ao mesmo tempo, permitir a passagem de outras, para aplicaes de comunicaes secretas ou sem fio criao de zonas livres de telecomunicaes e at aplicaes em sade.

“Grande parte da fsica do Universo conhecido j tem solues fundamentais ou demasiado complexa para obtermos uma resposta exata,” disse Willie Padilla, da Universidade Duke, nos EUA. “Em qualquer campo, raro encontrar um resultado verdadeiramente novo, fundamental e exato como este.”

Seja construindo uma antena ou desenvolvendo um novo protetor solar, h muitos casos em que certos tipos de luz devem ser absorvidos. Um truque para maximizar essa quantidade aumentar a espessura do material que absorve a energia.

O problema era que, at agora, ningum sabia como calcular a espessura necessria para que um material transparente proporcionasse essa absoro.

um “truque matemtico”, mas com grandes implicaes prticas.
[Imagem: Padilla et al. – 10.1515/nanoph-2023-0920]

Truque matemtico

No incio deste sculo, o fsico russo Konstantin Rozanov descobriu a maior quantidade de luz em uma faixa de comprimento de onda que um dispositivo de certa espessura poderia absorver se um dos lados fosse revestido de metal. Este cenrio cria um limite em um lado onde toda a luz ou refletida ou absorvida, fornecendo uma restrio que abre caminho para uma abordagem matemtica para resolver o problema.

“Rozanov usou um truque inteligente, no qual ele trabalhou no comprimento de onda em vez de na frequncia,” contou o pesquisador Yang Deng. “Mas, desde ento, vrios pesquisadores tentaram usar essa abordagem para este problema e falharam.”

De fato, tirar aquela face de metal e permitir que a luz continue passando algo totalmente diferente. Mas a equipe conseguiu resolver o problema usando uma nova abordagem matemtica, no que eles chamam de “tirar um coelho de uma cartola matemtica”. “Olhando em retrospectiva est tudo claro, mas at os matemticos chamam essas estratgias criativas de ‘truques’,” disse Padilla.

Aplicaes prticas

Alm da novidade de resolver um problema h muito estudado, os pesquisadores afirmam que seu trabalho tem implicaes prticas em diversas reas. Os absorvedores com face metlica no deixam passar nenhum tipo de energia eletromagntica, mas existem determinadas aplicaes em que voc pode querer bloquear algumas frequncias e deixar outras passarem.

Por exemplo, os telefones celulares podem querer bloquear certos tipos de radiao eletromagntica prejudiciais, enquanto permitem a passagem de outros, como GPS ou Bluetooth. Conhecer os limites fundamentais desse tipo de objetivo permitir que os engenheiros saibam quando no valer o esforo insistir em tentar otimizar seus dispositivos.

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