MADRID 14 jan. (EUROPA PRESS) -
Uma equipe de engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder, cientistas da Universidade do Arizona e dos Laboratórios Nacionais Sandia, todos nos Estados Unidos, conseguiu grandes avanços na geração dos menores terremotos imagináveis, o que um dia poderá ajudar os cientistas a fabricar versões mais sofisticadas de chips para telefones celulares e outros dispositivos sem fio, tornando essas ferramentas potencialmente menores, mais rápidas e mais eficientes. Os resultados estão publicados na revista Nature. O dispositivo da equipe utiliza um fenômeno conhecido como ondas acústicas superficiais (SAW). As SAW agem de forma semelhante às ondas sonoras, mas, como o nome indica, propagam-se apenas pela camada superior do material. Os terremotos, por exemplo, geram grandes ondas sísmicas que se propagam pela superfície do planeta, sacudindo edifícios e causando danos no processo. Enquanto isso, as SAW, muito menores, são uma parte importante da vida moderna. “Os dispositivos SAW são fundamentais para muitas das tecnologias mais importantes do mundo”, explica Matt Eichenfield, professor recém-contratado da Universidade do Colorado em Boulder, principal autor do novo estudo e titular da Cátedra Gustafson de Engenharia Quântica na Universidade do Colorado em Boulder. “Eles estão presentes em todos os celulares modernos, chaveiros, abridores de portas de garagem, a maioria dos receptores GPS, vários sistemas de radar e muito mais.” Em um smartphone, as ondas eletromagnéticas (SAW) já atuam como pequenos filtros. Os rádios dentro do telefone recebem ondas de rádio provenientes de uma torre de celular. Em seguida, convertem esses sinais em pequenas vibrações, o que permite que os chips eliminem facilmente os sinais e ruídos indesejados. Posteriormente, o mesmo dispositivo converte essas vibrações novamente em ondas de rádio. No estudo atual, Eichenfield e sua equipe desenvolveram uma nova forma de fabricar ondas de choque (SAW) usando um laser de fônons. Ele funciona como um apontador laser comum, com a diferença de que gera vibrações. “Pense nisso quase como as ondas de um terremoto, só que na superfície de um pequeno chip”, acrescenta Alexander Wendt, estudante de pós-graduação da Universidade do Arizona e principal autor do novo estudo. A maioria dos dispositivos SAW atuais requer dois chips diferentes e uma fonte de alimentação para gerar essas ondas. O dispositivo da equipe, por outro lado, funciona com um único chip e pode produzir SAW em frequências muito mais altas com apenas uma bateria. Para entender como funciona o novo dispositivo SAW da equipe, é útil pensar em um laser tradicional. A maioria dos lasers atuais, conhecidos como “lasers de diodo”, funciona fazendo um feixe de luz ricochetear entre dois espelhos microscópicos na superfície de um chip semicondutor. Ao ricochetear, a luz colide com os átomos do material semicondutor, que estão sujeitos a um campo elétrico proveniente de uma bateria ou outra fonte de energia. Nesse processo, esses átomos emitem ainda mais luz e o feixe se torna mais potente. “Os lasers de diodo são a pedra angular da maioria das tecnologias ópticas, pois podem funcionar com uma simples bateria ou fonte de tensão, em vez de precisar de mais luz para criar o laser, como muitos tipos de lasers anteriores”, disse Eichenfield. “Queríamos criar um análogo desse tipo de laser, mas para ondas sísmicas”. Para isso, a equipe desenvolveu um dispositivo em forma de barra que mede aproximadamente meio milímetro de ponta a ponta. O dispositivo é uma pilha de materiais: em sua forma final, é feito de uma pastilha de silício, o mesmo material presente na maioria dos chips de computador. Sobre ela há uma fina camada de um material chamado niobato de lítio. O niobato de lítio é um material “piezoelétrico”, o que significa que, ao vibrar, também produz campos elétricos oscilantes. Da mesma forma, quando existem campos elétricos oscilantes, eles criam vibrações. Por fim, o dispositivo inclui uma camada ainda mais fina de arsenieto de índio e gálio, um material incomum que, quando exposto a um campo elétrico fraco, pode acelerar os elétrons a velocidades incrivelmente rápidas.
Em conjunto, a pilha do equipamento permite que as vibrações na superfície do niobato de lítio interajam diretamente com os elétrons no arsenieto de índio e gálio.
Quando os pesquisadores bombeiam seu dispositivo com uma corrente elétrica no arsenieto de índio e gálio, ondas se formam na fina camada de niobato de lítio. Essas ondas se movem para a frente, incidem em um refletor e depois recuam, de forma semelhante à luz que ricocheteia entre dois espelhos em um laser. Cada vez que essas ondas se movem para a frente, elas se tornam mais fortes. Cada vez que se movem para trás, tornam-se um pouco mais fracas. Após vários reflexos, a onda torna-se muito grande. O dispositivo deixa escapar uma pequena quantidade dessa onda por um lado, o que equivale à forma como a luz laser se acumula e se filtra entre os seus espelhos. O grupo conseguiu gerar ondas SAW que ondulavam a uma velocidade de aproximadamente 1 gigahertz, ou bilhões de vezes por segundo. No entanto, os pesquisadores também acreditam que podem aumentar facilmente essa frequência para várias dezenas ou até centenas de gigahertz. Essa é uma frequência muito mais alta do que a dos dispositivos SAW tradicionais, que tendem a atingir um máximo de aproximadamente 4 gigahertz.
Eichenfield informa que o novo dispositivo poderia resultar em dispositivos sem fio menores, com maior desempenho e menor consumo de energia, como telefones celulares. Em um smartphone, por exemplo, vários chips diferentes convertem ondas de rádio em SAW e vice-versa várias vezes cada vez que você envia uma mensagem de texto, faz uma ligação ou acessa a Internet. Sua equipe quer agilizar esse processo, projetando chips individuais que possam realizar todo esse processamento usando apenas SAW. “Este laser de fônons era a última peça do quebra-cabeça que precisávamos resolver”, observa Eichenfield. “Agora podemos fabricar literalmente todos os componentes necessários para um rádio em um único chip usando a mesma tecnologia”.
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