Metamateriais: Uma abordagem dos fundamentos e aplicações

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo sobre os metamateriais, estruturas artificiais periódicas que exibem propriedades eletromagnéticas que não são encontradas na natureza. Primeiramente, revisita-se o eletromagnetismo clássico a partir das equações de Maxwell, analisando como a matéria interage com ondas eletromagnéticas por meio dos parâmetros constitutivos de permissividade elétrica 𝜀 e permeabilidade magnética 𝜇. Em seguida, conforme proposto pelo físico Victor Veselago, em 1968, investiga-se teoricamente a inserção de valores simultaneamente negativos para 𝜀 e 𝜇 nas equações de Maxwell, o que dá origem aos chamados metamateriais de índice de refração negativo ou materiais de orientação levógira. A partir dessa previsão teórica, examinam-se as propriedades fundamentais como da reversão da lei de Snell-Descartes e do efeito Doppler invertido. A validação experimental dessa proposta só ocorreu por volta de 2000, com os trabalhos de Smith e seus colaboradores. Atualmente, o estudo estende-se a aplicações tais como capas de invisibilidade 2𝐷, estruturas quirais, e metamateriais não lineares e fotônicos. Os metamateriais permitem um controle inédito de ondas eletromagnéticas, viabilizando superlentes, hiperlentes, sensores ultraprecisos e componentes fotônicos integrados, termologia e óptica quântica.