Entrevistas com palestrantes de plenárias do XIV Encontro: Nader Engheta.



Foto do prof. Nader Engheta sobreposta a algumas imagens relacionadas a pesquisas dele. Crédito: Felice Macera, fotógrafo da Universidade de Pennsylvania.

Materiais fabricados com a aplicação do estado-da-arte da ciência e engenharia de materiais e da nanotecnologia podem fazer com que ondas eletromagnéticas como a luz se comportem de modo extraordinário… e útil para aplicações em diversos segmentos.

Para falar sobre esse assunto, o XIV Encontro da SBPMat contará com a presença do professor Nader Engheta (Universidade de Pennsylvania, EUA), um reconhecido líder mundial da pesquisa em metamateriais – materiais criados pelo ser humano por meio de micro ou nanoengenharia, que interagem com as ondas eletromagnéticas de modos não encontrados na natureza. Os metamateriais podem esculpir as ondas para conseguir interações extraordinárias entre luz e matéria.

No Rio de Janeiro, Engheta falará sobre cenários “extremos” gerados a partir de metamateriais: luz viajando em máxima velocidade através de estruturas artificiais, dispositivos ópticos de um átomo de espessura, metamateriais que realizam operações matemáticas, circuitos miniaturizados – ópticos em vez de eletrônicos – compostos por metamateriais, e estruturas com índice de refração próximo de zero.

Já na sua infância em Teerã (capital do Irã), Nader Engheta desenvolveu uma curiosidade especial por compreender fenômenos relacionados a ondas. Foi essa curiosidade que o impulsionou a cursar a graduação em Engenharia Elétrica na Universidade de Teerã, obtendo o diploma de “Bachelor of Science”. Em 1978, foi aos Estados Unidos para continuar com a sua formação em Engenharia Elétrica no prestigiado Instituto de Tecnologia de California (Caltech). Inicialmente obteve o título de mestre e, em 1982, defendeu sua tese de doutorado, da área de eletromagnetismo. Depois de um pós-doutorado na mesma instituição, Engheta atuou como cientista na indústria por quatro anos, trabalhando novamente com eletromagnetismo.

Em 1987, foi contratado pela Universidade de Pennsylvania (Penn), onde ascendeu rapidamente na carreira de professor. Desde 2005, ocupa a cátedra H. Nedwill Ramsey de Engenharia Elétrica e de Sistemas, além de lecionar nos departamentos de Engenharia Elétrica e de Sistemas, de Física e Astronomia, Bioengenharia e Ciência e Engenharia de Materiais. Engheta é coeditor do livro “Metamaterials: Engineering and Physics Explorations“, da editora Wiley-IEEE, lançado em 2006, e autor de 28 capítulos de livros. Em 2012, foi coordenador da Gordon Research Conference on Plasmonics.

Dono de um número H de 69 segundo o Google Scholar, Engheta tem mais de 21.400 citações.

Suas contribuições à ciência e engenharia têm recebido importantes reconhecimentos e distinções de diversas entidades, como a sociedade internacional de óptica e fotônica, SPIE (“2015 SPIE Gold Medal”), a união internacional de ciência de rádio, URSI (“2014 Balthasar van der Pol Gold Medal”) e a organização internacional profissional de engenheiros elétricos e eletrônicos, IEEE (“2015 IEEE Antennas and Propagation Society Distinguished Achievement Award“, “2013 Benjamin Franklin Key Award”, “2012 IEEE Electromagnetics Award”, “IEEE Third Millennium Medal”), entre muitas outras entidades. Ele também é fellow da Materials Research Society (MRS), American Physical Society (APS), Optical Society of America (OSA), American Association for the Advancement of Science (AAAS), SPIE, and IEEE. Engheta também recebeu vários prêmios por sua atuação no ensino.  Em 2006, a prestigiada revista de divulgação científica Scientific American o escolheu como um dos 50 líderes em ciência e tecnologia por seu desenvolvimento de nanocircuitos ópticos inspirados em metamateriais.

Segue uma entrevista com este plenarista do XIV Encontro da SBPMat.

Boletim da SBPMat: – Em sua opinião, quais são suas contribuições mais significativas nos temas relacionados à sua palestra plenária no XIV Encontro da SBPMat? Explique-as muito brevemente, por favor, e, se possível, compartilhe referências dos artigos ou livros resultantes, ou comente se esses estudos produziram patentes, produtos, empresas derivadas etc.

Nader Engheta: – Eu tenho muito interesse na interação luz-matéria, e no meu grupo nós exploramos diferentes métodos para manipular e  otimizar a interação de ondas com estruturas materiais, tanto no domínio óptico como no das microondas. Estou muito feliz com todos os tópicos de pesquisa nos quais o meu grupo e eu temos trabalhado. Alguns desses tópicos incluem (1) O nanocircuito metatrônico óptico, no qual nós trouxemos a noção de elementos de circuito “aglomerado” (“lumped”) da eletrônica para o campo da nanofotônica, desenvolvendo um novo paradigma no qual as nanoestruturas materiais podem funcionar como elementos de circuito óptico. Em outras palavras, “materiais se tornam circuitos” operando com sinais ópticos. Dessa forma, a nanofotônica pode ser modulada de uma maneira análoga à da eletrônica. Isso permite processar sinais ópticos em nanoescala, (2) Metamateriais que podem fazer matemática: dando sequência a nosso trabalho em metatrônica óptica, nós estamos explorando como materiais projetados adequadamente (ex. materiais em camadas) podem interagir com luz de tal forma que seja possível realizar operações matemáticas com luz. Em outras palavras, nós estamos explorando as seguintes questões: Os materiais podem ser especialmente projetados para realizar processamento analógico com a luz em nanoescala? Na medida em que a luz propaga através de tais estruturas materiais projetadas adequadamente, os perfis dos sinais de saída poderiam se assemelhar aos resultados de certas operações matemáticas (tal como diferenciação ou integração) nos perfis dos sinais de entrada? Em outras palavras, nós podemos projetar materiais para operações matemáticas específicas para realizar um “cálculo fotônico” em nanoescala? (3) Cenários extremos na interação luz-matéria: isso pode incluir dimensionalidade extrema, como fotônica de grafeno como plataforma com espessura de um átomo para manipulação de luz, metamateriais extremos no qual parâmetros materiais tais como permissividade relativa e permeabilidade relativa atinjam valores próximos do zero. Essa categoria de materiais, que nós nomeamos materiais épsilon-próximo-do zero, mu-próximo do zero (MNZ) e épsilon-e-mu-próximo do zero (EMNZ) exibem características bastante interessantes em sua resposta à interação com ondas eletromagnéticas.

Referências:

  • N. Engheta, “Circuits with Light at Nanoscales:  Optical Nanocircuits Inspired by Metamaterials”, Science, 317, 1698-1702 (2007).
  • N. Engheta, A. Salandrino, A. Alu, “Circuit Elements at Optical Frequencies:  Nano-Inductor, Nano-Capacitor, and Nano-Resistor,” Physical Review Letters, 95, 095504 (2005).
  • N. Engheta, “Taming Light at the Nanoscale,”  Physics World , 23(9), 31-34 (2010).
  • A. Vakil and N. Engheta, “Transformation Optics Using Graphene,” Science, 332, 1291-1294 (2011).
  • A.Silva, F. Monticone, G. Castaldi, V. Galdi, A. Alu, and N. Engheta, “”Performing Mathematical Operations with Metamaterials,” Science, 343, 160-163 (2014).
  • M. G. Silveirinha and N. Engheta, “Tunneling of Electromagnetic Energy through Sub-Wavelength Channels and Bends Using Epsilon-Near-Zero (ENZ) Materials,” Physical Review Letters, 97, 157403 (2006).
  • N. Engheta, “Pursuing Near-Zero Response”, Science, 340, 286-287 (2013).
  • A.M. Mahmoud and N. Engheta, “Wave-Matter Interaction in Epsilon-and-Mu-Near-Zero Structures”, Nature Communications, 5:5638, December 5, 2014.

Boletim da SBPMat: – Ajude-nos a visualizar os metamateriais desenvolvidos por seu grupo. Escolha um de seus materiais fotônicos favoritos e conte-nos, brevemente, do que ele é feito, qual sua propriedade principal e quais seriam suas possíveis aplicações.

Nader Engheta: – Uma das estruturas desenvolvidas pelo meu grupo é o nanocircuito metatrônico para regime de IV médio (de 8 a 14 mícrons), no qual nós adaptamos e construímos adequadamente nanobastões de Si3N4 com larguras e espessuras específicas, separados por um espaço específico. Esses arranjos de nanobastões de Si3n4 funcionam como coleções de nanoindutores ópticos, nanocapacitores ópticos e nanorresistores ópticos no IV médio. Nós demonstramos que tais estruturas se comportam como circuitos ópticos de nanoescala, com funcionalidade análoga aos filtros eletrônicos, mas aqui essas estruturas materiais operam em regimes de IV médio. Nós demostramos como essas estruturas operam como filtros ópticos no IV médio, oferecendo aplicações interessantes para futuros dispositivos e componentes ópticos integrados.

Referência:

  • Y. Sun, B. Edwards, A. Alu, and N. Engheta, “Experimental Realization of Optical Lumped Nanocircuit Elements at Infrared Wavelengths,” Nature Materials, 11, 208-212 (2012)

Posteriormente, em colaboração com a minha colega professora Cherie Kagan e seu grupo na UPenn, nós ampliamos esse trabalho para o regime próximo ao IV (de 1 a 3 mícrons). Nesse caso, nós usamos o óxido de índio dopado com estanho (ITO) como o material de escolha, com projeto e padrão adequado de nanobastões de ITO. Nós também demonstramos que tais circuitos metatrônicos óticos baseados em ITO funcionam como uma plataforma interessante para circuitos e filtragem óptica. Isso pode ter interessantes possibilidades na fotônica de silício.

Referência:

  • H. Caglayan, S.-H. Hong, B. Edwards, C. Kagan, and N. Engheta, “Near-IR Metatronic Nanocircuits by Design,” Physical Review Letters, 111, 073904 (2013).

Boletim da SBPMat: – Se quiser, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra plenária aos leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.

Nader Engheta: – Uma das características mais excitantes de fazer ciência é a alegria da busca do desconhecido e a emoção da descoberta. Eu sempre acredito que nós devemos seguir nossa curiosidade e nossa paixão pela descoberta. Também, em ciência e tecnologia é importante manter o equilíbrio entre a complexidade e a simplicidade na busca por soluções às inquisições científicas.

Mais


Comments

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *