Novo método melhora a compreensão da propagação de ondas de luz em materiais anisotrópicos

Entender como a luz viaja através de vários materiais é essencial para muitos campos, desde imagens médicas até manufatura. No entanto, devido à sua estrutura, os materiais frequentemente mostram diferenças direcionais em como eles espalham a luz, conhecido como anisotropia. Essa complexidade tradicionalmente tornou difícil medir e modelar com precisão suas propriedades ópticas. Recentemente, pesquisadores desenvolveram uma nova técnica que pode transformar a forma como estudamos esses materiais.

Em um estudo recente publicado em Nexus de fotônica avançadacientistas do Laboratório Europeu de Espectroscopia Não Linear (LENS) introduziram uma abordagem inovadora para estudar materiais anisotrópicos. Eles combinaram medições de transmitância no domínio do tempo com simulações avançadas de Monte Carlo para capturar a complexidade total de como a luz se comporta nesses materiais.

Os pesquisadores testaram seu método em dois materiais anisotrópicos comuns: fita de Teflon e papel. A fita de Teflon, amplamente usada em ambientes industriais, e o papel, com sua anisotropia estrutural de fibras de celulose alinhadas, foram escolhidos por sua relevância prática.

Usando uma técnica de imagem transiente, os pesquisadores conseguiram medir como o padrão de luz muda ao longo do tempo quando os materiais são expostos a pulsos ultracurtos de luz. Esses dados, pareados com um novo método de simulação com reconhecimento de anisotropia, revelaram insights detalhados sobre como a luz se espalha de forma diferente ao longo de várias direções dentro desses materiais.

O estudo revelou diferenças notáveis ​​na difusão de luz em diferentes direções em ambos os materiais, permitindo que os pesquisadores recuperassem pela primeira vez seus coeficientes de tensor de espalhamento completos. Esse nível de detalhe não havia sido alcançado antes, e os resultados corresponderam às previsões de simulações avançadas. As descobertas destacam a importância de levar em conta a anisotropia em estudos de materiais, pois ignorá-la pode levar a erros significativos.

O Dr. Lorenzo Pattelli, do Instituto Nacional Italiano de Pesquisa Metrológica (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica; INRiM), pesquisador principal do estudo, enfatizou o desafio de longa data de lidar com a anisotropia de transporte.

“Quase todos os materiais de dispersão mostram alguma forma de anisotropia. No entanto, muitos estudos ignoraram esse aspecto, assumindo que os materiais são isotrópicos para simplificar”, ele observou, acrescentando: “Devido a essa simplificação excessiva, agora sabemos que os coeficientes de dispersão relatados anteriormente em meios estruturalmente anisotrópicos podem ser quantitativamente imprecisos devido aos erros sistemáticos introduzidos pela modelagem isotrópica.”

O novo método oferece uma maneira mais precisa de caracterizar materiais com estruturas complexas, como tecidos biológicos. Esse avanço pode levar a melhorias em técnicas de diagnóstico que dependem de espalhamento de luz, beneficiando campos como imagens médicas e ciência de materiais.

Com essa abordagem, os pesquisadores podem entender e analisar melhor as propriedades ópticas de materiais anisotrópicos, abrindo caminho para aplicações mais precisas em vários domínios científicos e industriais.