Nanotecnologia

Microviga de silício funciona como termômetro ou como refrigerador

Microviga de silício funciona como termômetro ou como refrigerador
O termômetro quântico nunca precisa de calibração. [Imagem: Emily Edwards/JQI]

Viga fundamental

Em um casamento arranjado da óptica com a mecânica, físicos criaram vigas estruturais microscópicas que têm uma variedade de usos, bastando utilizá-las em conjunto com a luz.

Embora seu funcionamento se baseie em alguns dos princípios mais profundos da física quântica, essas estruturas perfuradas funcionam em ambientes comuns, a temperatura ambiente.

Esses sistemas optomecânicos podem funcionar como termômetros inerentemente precisos e que nunca precisam de calibração, ou, inversamente, como um tipo de camuflagem óptica que desvia o calor, resfriando um objeto - eles nunca precisam ser ajustados porque dependem de constantes fundamentais da natureza.

As aplicações potenciais incluem sensores de temperatura para processadores e aparelhos científicos, minúsculos refrigeradores para componentes de microscópios, telescópios e sensores de imagem de última geração e metamateriais otimizados, capazes de manipular a luz e o som de maneiras inéditas.

Termômetro óptico

Feitas de nitreto de silício, um material amplamente utilizado nas indústrias eletrônica e fotônica, as vigas têm cerca de 20 micrômetros de comprimento. Elas são transparentes e têm uma fileira de furos ao longo do seu comprimento para melhorar suas propriedades ópticas e mecânicas.

"Você pode disparar a luz ao longo desta viga porque é um material transparente. Você também pode enviar ondas de som pela estrutura," explicou o pesquisador Tom Purdy, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA.

Os pesquisadores acreditam que as vigas permitirão criar termômetros melhores do que os atuais - hoje os termômetros são onipresentes, dos celulares aos motores de automóveis.

"Essencialmente estamos carregando um monte de termômetros conosco o tempo todo," disse o pesquisador Jake Taylor. "Alguns fornecem leituras de temperatura ambiente, outros permitem que você saiba se seu processador está muito quente ou se sua bateria está muito fria. Os termômetros também desempenham um papel crucial nos sistemas de transporte - aviões, carros - e mostram se o óleo do seu motor está superaquecendo".

Termômetro quântico

Um problema em todas essas tecnologias é que esses termômetros precisam ser calibrados ou ajustados para algum padrão, o que também significa que eles podem descalibrar com o uso.

O novo dispositivo de nitreto de silício evita isso baseando-se na física fundamental, detectando as menores vibrações possíveis conforme as moléculas de gás, líquido ou sólido interagem que os fótons de luz que percorrem a viga - a intensidade da vibração da estrutura é proporcional à temperatura ao seu redor. Em outras palavras, este é um termômetro quântico.

Embora esses termômetros ou refrigeradores ainda estejam em uma fase de prova de conceito, os pesquisadores acreditam que não demorará para que eles ganhem as linhas de produção e as aplicações práticas.

Bibliografia:

Quantum correlations from a room-temperature optomechanical cavity
T. P. Purdy, K. E. Grutter, K. Srinivasan, J. M. Taylor
Science
Vol.: 356, Issue 6344, pp. 1265-1268
DOI: 10.1126/science.aag1407

Cooling a Harmonic Oscillator by Optomechanical Modification of Its Bath
Xunnong Xu, Thomas Purdy, Jacob M. Taylor
Physical Review Letters
Vol.: 118, 223602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.223602




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