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quinta-feira, junho 13, 2024

Nanocordas podem vibrar para sempre – mais ou menos

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Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/05/2024

Essas nanocordas vibram mais de 100.000 vezes por segundo e so virtualmente imunes ao rudo ambiente.
[Imagem: Richard Norte]

Vibrao (quase) sem fim

Pesquisadores das universidades de Tecnologia de Delft (Pases Baixos) e Brown (EUA) construram minsculas cordas de violo capazes de vibrar por mais tempo temperatura ambiente do que qualquer objeto de estado slido que se conhece.

Essas nanocordas – tecnicamente falando elas so ressonadores – vibram quase tanto quanto objetos resfriados em temperaturas prximas do zero absoluto.

“Imagine um balano que, uma vez empurrado, continue balanando por quase 100 anos porque ele quase no perde energia atravs de suas cordas,” exemplificou o professor Richard Norte. “Nossas nanocordas fazem algo semelhante, mas em vez de vibrar uma vez por segundo como um balano, nossas cordas vibram 100.000 vezes por segundo. Como difcil vazar energia, isso tambm significa que difcil para o rudo ambiental entrar, tornando-as alguns dos melhores sensores para situaes de temperatura ambiente.”

Elas so essencialmente os sensores mecnicos mais sensveis j construdos a operar em temperatura ambiente, tendo sido especialmente projetadas por inteligncia artificial para reter vibraes pelo maior tempo possvel, no permitindo que sua energia vaze. E, em termos de fabricao, elas foram feitas com tcnicas padro da indstria microeletrnica, o que torna a tecnologia interessante para integrao com plataformas de microchip.

Embora as estranhas leis da mecnica quntica sejam normalmente vistas apenas em tomos individuais, a capacidade das nanocordas de se isolarem do nosso rudo vibracional dirio baseado no calor abre uma janela para as suas prprias assinaturas qunticas – lembrando que, embora sejam “nano”, essas cordas so formadas por bilhes de tomos.

Esta inovao fundamental para o estudo de fenmenos qunticos macroscpicos temperatura ambiente, ambientes nos quais os fenmenos qunticos so tipicamente mascarados pelo rudo.

Nanocordas podem vibrar para sempre - mais ou menos

Tudo feito com a tecnologia padro da microeletrnica, permitindo o uso imediato das nanocordas em projetos de sensores e experimentos de fsica quntica.
[Imagem: Andrea Cupertino et al. – 10.5281/zenodo.10518818]

Usos das nanocordas

As cordas tm 3 centmetros de comprimento e 70 nanmetros de espessura. Isto uma proporo quase inatingvel no mundo macroscpico – seria o equivalente a fabricar uma corda de violo que ficasse suspensa por meio quilmetro quase sem curvatura.

“Este tipo de estrutura extrema s vivel em nanoescala, onde os efeitos da gravidade e do peso entram de forma diferente. Isto permite criar estruturas que seriam inviveis nas nossas escalas dirias, mas so particularmente teis em dispositivos em miniatura usados para medir quantidades fsicas como presso, temperatura, acelerao e campos magnticos, que chamamos de deteco MEMS,” explicou o professor Andrea Cupertino, cuja equipe j havia construdo o sensor de vibrao mais preciso do mundo.

Um elemento importante da tecnologia que essas nanoestrutura podem ser fabricadas perfeitamente dentro de um microchip. Para aumentar ainda mais a eficincia do projeto, a equipe usou algoritmos de aprendizado de mquina partindo de experimentos de cordas mais simples e mais curtas, refinando tudo at chegar s nanocordas mais longas e mais estveis, o que tornou o processo de desenvolvimento econmico e eficaz.

Essas nanocordas oferecem novos caminhos para a integrao de sensores altamente sensveis com a tecnologia de microchip padro, viabilizando novas abordagens em deteco de vibraes ou no uso das vibraes ambientais em projetos de colheita de energia, por meio dos nanogeradores.

Embora o projeto inicial tenha-se concentrado em cordas, o conceito pode ser expandido para projetos mais complexos, para medir outros parmetros importantes, como acelerao para navegao inercial ou membranas vibratrias para microfones de prxima gerao.

Bibliografia:

Artigo: Centimeter-scale nanomechanical resonators with low dissipation
Autores: Andrea Cupertino, Dongil Shin, Leo Guo, Peter G. Steeneken, Miguel A. Bessa, Richard A. Norte
Revista: Nature Communications
Vol.: 15, Article number: 4255
DOI: 10.5281/zenodo.10518818

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