Refrigeradores do tamanho de um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/04/2005

Os microrrefrigeradores conseguem atingir temperaturas tão baixas quanto 100 miliKelvin, apenas alguns milésimos de grau acima do zero absoluto.
[Imagem: N. Miller, A. Clark/NIST]

Primeiro foram os microlaboratórios, laboratórios de análises que cabem no interior de um chip de computador. Agora são os microrrefrigeradores, "geladeiras" no interior de um chip. Eles são tão eficientes que, se fosse construído um refrigerador com esta tecnologia, do mesmo tamanho que uma geladeira doméstica, ele seria capaz de congelar a estátua do Cristo Redentor, no Rio de Janeiro.

Microcongelador

Por enquanto, o microrrefrigerador conseguiu congelar apenas um cubo de germânio de 250 micrômetros de aresta. Mas esta é a primeira vez que se demonstra que esses refrigeradores de estado sólido podem ser utilizados para resfriar objetos sólidos comuns. A pesquisa foi feita no Laboratório NIST, dos Estados Unidos.

E congelar não é força de expressão. Os microrrefrigeradores conseguem atingir temperaturas tão baixas quanto 100 miliKelvin, apenas alguns milésimos de grau acima do zero absoluto. Esses novos refrigeradores, microscópicos e de altíssima eficiência, poderão ter aplicações como o resfriamento de sensores criogênicos em instrumentos de alta sensibilidade para a análise de defeitos em semicondutores e na pesquisa astronômica.

Sensores criogênicos

Sensores criogênicos tiram vantagem dos fenômenos pouco comuns que ocorrem a temperaturas muito baixas para detectar diferenças muito pequenas em raios X emitidos por partículas em escala nanométrica. Isto permitirá que a indústria de semicondutores detecte essas partículas, que podem influir no funcionamento dos chips que estiverem sendo produzidos.

Metal supercondutor

Os microrrefrigeradores construídos pelos cientistas do NIST medem 25 por 15 micra e são formados por sanduíches de um metal normal, um isolante e um metal supercondutor. Quando uma voltagem é aplicada através desse sanduíche, os elétrons mais quentes "tunelam" a partir do metal normal, através do isolante, até atingir o supercondutor. A temperatura no metal normal cai dramaticamente e drena energia eletrônica e vibracional dos objetos que devem ser resfriados.

Os pesquisadores utilizaram quatro pares desses sanduíches para resfriar o conteúdo de uma membrana de nitrato de silício que tem 450 micra de lado e 0,4 micra de espessura. Um cubo de germânio de 250 micra de aresta foi colado por cima da membrana. O cubo é cerca de 11.000 vezes maior do que o volume combinado dos quatro microrrefrigeradores.

O trabalho foi publicado no exemplar de ontem (25 de Abril) da revista Applied Physics Letters.