Pesquisadores da Purdue University fizeram uma descoberta inovadora no campo da radiação térmica, descobrindo um novo método para gerar radiação térmica giratória de maneira controlada e eficiente usando superfícies estruturadas artificialmente, conhecidas como metasuperfícies.
A equipe, liderada por Zubin Jacob, professor associado de engenharia elétrica e de computação de Purdue em Elmore, publicou as descobertas na revista Avanços da Ciência, intitulado “Observação de helicidade óptica não nula em radiação térmica de metassuperfícies com quebra de simetria.”
A radiação térmica, que se origina de flutuações aleatórias nos materiais, é tradicionalmente considerada um sinal incoerente. A maioria dos emissores térmicos convencionais mostra polarização circular fraca a zero no calor emitido. Surpreendentemente, a radiação térmica que atinge a Terra de muitos objetos astronômicos possui polarização circular significativa. Esse fenômeno intrigante leva à descoberta de fortes campos magnéticos em algumas estrelas condensadas, oferece explicações de quebra-cabeças sobre o início do universo e até fornece uma possível assinatura de vida.
“A radiação térmica giratória é extremamente rara na natureza e só é encontrada em algumas estrelas condensadas”, disse Jacob. “Nosso trabalho oferece uma nova maneira de gerar esse tipo de radiação, que tem potencial para ser usado em diversas aplicações, incluindo imagens térmicas e comunicação”.
Os pesquisadores descobriram que, usando uma metasuperfície composta por uma matriz de estruturas em forma de F, eles foram capazes de gerar radiação térmica predominantemente polarizada circularmente para canhotos em todas as direções, resultando em uma helicidade óptica que não desaparece pela primeira vez. A equipe alcançou 39% do limite fundamental na helicidade óptica com seu projeto e também mostrou que as características dos fótons térmicos emitidos podem ser adaptadas pelas simetrias da metasuperfície, demonstrando um controle eficaz sobre a radiação térmica em suas várias propriedades.
“Esta pesquisa pode ter implicações importantes para a compreensão do onipresente fenômeno da radiação térmica e para o desenvolvimento de novas tecnologias”, disse Jacob. As aplicações potenciais incluem o uso da metasuperfície como uma fonte de luz infravermelha média polarizada circular de banda larga e estreita para detecção óptica de gás e geração de imagens infravermelhas. Ademais, o exclusivo recurso espectral, espacial e de rotação da emissão térmica projetada pode ser explorado como faróis infravermelhos passivos em ambientes externos, tornando-os úteis na tecnologia de sensoriamento remoto.
“Estamos extremamente empolgados com o potencial dessa descoberta”, diz o estudante de doutorado Xueji Wang. “Isso não apenas aprofunda nossa compreensão da radiação térmica, mas também abre novas possibilidades para avanços tecnológicos em vários campos.”
A pesquisa foi financiada pelo programa DARPA Nascent Light Matter Interaction (NLM).
Com informações de Science Daily.