Um material nano-arquitetado recanãm-criado exibe uma propriedade que anteriormente era apenas teoricamente possí­vel: ele pode refratar a luz para trás, independentemente do a¢ngulo em que a luz atinge o material.

Essa propriedade éconhecida como refração negativa e significa que o a­ndice de refração osa velocidade que a luz pode viajar atravanãs de um determinado material osénegativo em uma porção do espectro eletromagnético em todos os a¢ngulos.

A refração éuma propriedade comum em materiais; pense na maneira como um canudo em um copo de águaparece deslocado para o lado, ou na maneira como as lentes dos a³culos focalizam a luz. Mas a refração negativa não envolve apenas o deslocamento da luz alguns graus para um lado. Em vez disso, a luz éenviada em um a¢ngulo completamente oposto a quele em que entrou no material. Isso não foi observado na natureza, mas, a partir da década de 1960, teorizou-se que ocorresse nos chamados materiais artificialmente peria³dicos - ou seja, materiais construa­dos para ter um padrãoestrutural especa­fico. Sa³ agora os processos de fabricação alcana§aram a teoria para tornar a refração negativa uma realidade.

"A refração negativa écrucial para o futuro da nanofota´nica, que busca entender e manipular o comportamento da luz quando interage com materiais ou estruturas sãolidas nas menores escalas possa­veis", diz Julia R. Greer, professora Ruben F. e Donna Mettler do Caltech. de Ciência dos Materiais, Meca¢nica e Engenharia Manãdica, e um dos autores seniores de um artigo que descreve o novo material. O artigo foi publicado na Nano Letters em 21 de outubro.

O novo material alcana§a sua propriedade incomum por meio de uma combinação de organização em nano e microescala e a adição de um revestimento de um filme fino de germa¢nio meta¡lico por meio de um processo demorado e trabalhoso. Greer éum pioneiro na criação de tais materiais nano-arquitetados, ou materiais cuja estrutura éprojetada e organizada em escala nanomanãtrica e que, consequentemente, exibem propriedades incomuns, muitas vezes surpreendentes ospor exemplo, cera¢micas excepcionalmente leves que voltam a  sua forma original, como uma esponja, depois de comprimida.

Sob um microsca³pio eletra´nico , a estrutura do novo material se assemelha a uma trelia§a de cubos ocos. Cada cubo étão pequeno que a largura das vigas que compõem a estrutura do cubo é100 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano. A trelia§a foi construa­da usando um material polimanãrico, que érelativamente fa¡cil de trabalhar na impressão 3D, e depois revestida com o metal germa¢nio.

"A combinação da estrutura e do revestimento confere a  estrutura essa propriedade incomum", diz Ryan Ng (MS '16, Ph.D. '20), autor correspondente do artigo da Nano Letters. Ng conduziu esta pesquisa enquanto estudante de pós-graduação no laboratório de Greer e agora épesquisadora de pa³s-doutorado no Instituto Catala£o de Nanociaªncia e Nanotecnologia na Espanha. A equipe de pesquisa concentrou-se na estrutura e no material da trelia§a do cubo como a combinação certa por meio de um processo meticuloso de modelagem por computador (e o conhecimento de que o gera¢nio éum material de alto a­ndice).

Para obter o pola­mero revestido uniformemente nessa escala com um metal exigiu que a equipe de pesquisa desenvolvesse um manãtodo totalmente novo. No final, Ng, Greer e seus colegas usaram uma técnica de sputtering na qual um disco de germa¢nio foi bombardeado com a­ons de alta energia que explodiram a¡tomos de germa¢nio do disco e nasuperfÍcie da estrutura do pola­mero. "Nãoéfa¡cil obter um revestimento uniforme", diz Ng. "Levou muito tempo e muito esfora§o para otimizar esse processo."

A tecnologia tem aplicações potenciais para telecomunicações, imagens médicas, camuflagem de radar e computação.

Em uma observação de 1965, o ex-aluno da Caltech Gordon Moore (Ph.D. '54), membro vitala­cio do Conselho de Curadores da Caltech, previu que os circuitos integrados seriam duas vezes mais complicados e metade mais caros a cada dois anos. No entanto, devido aos limites fundamentais de dissipação de energia e densidade do transistor permitidos pelos atuais semicondutores de sila­cio, a escala prevista pela Lei de Moore deve terminar em breve. "Estamos chegando ao fim de nossa capacidade de seguir a Lei de Moore; tornando os transistores eletra´nicos tão pequenos quanto possí­vel", diz Ng. O trabalho atual éum passo para demonstrar as propriedades a³pticas que seriam necessa¡rias para permitir circuitos fota´nicos 3D. Como a luz se move muito mais rapidamente que os elanãtrons, os circuitos fota´nicos 3D, em teoria, seriam muito mais rápidos que os tradicionais.

O artigo da Nano Letters éintitulado "Mapeamento de dispersão em trelia§as de cristal fota´nico de núcleo-casca tridimensionais capazes de refração negativa no infravermelho manãdio".