Cientistas descobrem fonte do onipresente ruído 1/f

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/05/2007

Ruídos sonoros podem ser companheiros incômodos. Mas existe um tipo de ruído não-sonoro, conhecido com ruído 1/f, que é sempre incômodo e está presente em virtualmente qualquer lugar - da distribuição das estrelas em uma galáxia, passando pelo tráfego das rodovias, até a fadiga de materiais e os equipamentos eletrônicos.

Ruído 1/f

Em termos físicos, ruído é uma flutuação no tempo, um desvio da média. O ruído 1/f - onde f é a freqüência - é um de tipo de ruído que apresenta uma relação inversa com a freqüência do sistema. Os engenheiros conhecem-no há muito tempo e têm lidado com ele até muito bem.

Com o advento da nanotecnologia, porém, o ruído 1/f passou a representar bem mais do que uma pedra no sapato. Nos nanomateriais, como os minúsculos circuitos eletrônicos formados por componentes na faixa do 50 nanômetros, o efeito do ruído gerado pelo movimento aleatório de um único elétron pode ser devastador, já que existem muito poucos elétrons no sistema todo.

Agora, uma equipe de físicos da Rússia, Noruega e Estados Unidos, trabalhando conjuntamente, deram um passo decisivo rumo à descoberta das verdadeiras origens desse fenômeno universal.

Origem do ruído 1/f

"Descobrir a origem comum do ruído 1/f em suas muitas forma é um dos grandes desafios da física dos materiais. Nossa teoria estabelece a origem e o limite inferior do ruído 1/f em semicondutores eletrônicos, ajudando a otimizar detectores para aplicações comerciais," explica Valerii Vinokour, um dos participantes da pesquisa.

Vinokur e sua equipe demonstraram que o ruído 1/f em semicondutores dopados - o material com que são construídos todos os chips e equipamentos eletrônicos atuais - origina-se na distribuição aleatória das impurezas no interior do cristal e das interações recíprocas entre os vários elétrons que circundam essas impurezas.

Esses dois ingredientes - a aleatoriedade e a interação - aprisionam elétrons no vidro de Coulomb, um material com a consistência semelhante ao vidro comum, no qual os elétrons se movem saltando de uma posição para outra qualquer, aleatoriamente. Utilizando uma simulação computadorizada em larga escala, os cientistas descobriram que o ruído 1/f pode ser totalmente suprimido eliminando- se as interações.

Sensores

"Nossos resultados mostram que o ruído 1/f é uma propriedade genérica do vidro de Coulomb e, além disso, de uma ampla gama de sistemas de interação aleatória e de fenômenos que vão das propriedades mecânicas dos materiais tradicionais e das propriedades dos dispositivos eletrônicos até as flutuações no tráfego nas redes de computadores e na Internet," diz Vinokur.

Um dos primeiros efeitos práticos da nova teoria deverá ser a construção de sensores muito menores e mais sensíveis dos que as atuais, já que eles não terão que operar em potências tão altas, hoje necessárias para suprimir os efeitos do ruído 1/f.

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