Este microchip incorpora duas tcnicas ganhadoras do Prmio Nobel

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/03/2023

Dois Nobel em um chip

Os pentes de frequncia – ou grades de frequncia -, que ganharam o Prmio Nobel de Fsica de 2005, hoje so usados em diversas tecnologias fotnicas, por exemplo nos instrumentos mais precisos para medir tanto distncias em pequena escala quanto o tempo.

O Nobel de Fsica de 2018, por sua vez, premiou as pinas pticas, armadilhas de luz que usam laser para aprisionar e manipular partculas, tomos, vrus e clulas vivas.

Agora, pesquisadores da Universidade Delft de Tecnologia, nos Pases Baixos, colocaram essas duas tcnicas dentro de um chip, criando um sensor capaz de medir distncias com altssima preciso, e fazer isto em ambientes hoje inalcanveis, como em ambientes subaquticos ou dentro do corpo humano.

Como a tecnologia usa vibraes sonoras em vez de luz, ela til para medies de posio de alta preciso tambm em materiais opacos, onde as tecnologias pticas no funcionam porque a luz no penetra neles.

De ondas de luz para ondas snicas

A parte central do microchip consiste em uma folha de cermica, cerca de 1.000 vezes mais fina que a espessura de um fio de cabelo, com a forma de um trampolim. Esse trampolim cheio de furos, para melhorar sua interao com os lasers.

Quando a luz incide sobre a superfcie do trampolim, ela vibra intensamente, gerando um padro de vibraes e, portanto, de variaes na luz refletida. Na verdade, as vibraes apresentam um padro que nunca havia sido documentado antes, e essa assinatura ptica, que emerge de forma muito parecida com um pente de frequncia, funciona como uma rgua para medies precisas de distncia.

O curioso que essa rgua funciona no com luz, mas com as ondas snicas geradas pela vibrao do trampolim – em termos de partculas, o trabalho feito pelos fnons, e no pelos ftons. E isso simplifica tudo, criando um sensor que dispensa qualquer hardware de preciso.

“Ele requer apenas a insero de um laser e nada mais. No h necessidade de complexos circuitos de realimentao ou de ajustar certos parmetros para que nossa tecnologia funcione corretamente. Isso a torna uma tecnologia muito simples e de baixo consumo de energia, muito mais fcil de miniaturizar em um microchip,” explicou o professor Richard Norte. “[Quando totalmente desenvolvidos] poderemos realmente colocar esses sensores de microchip em qualquer lugar, devido ao seu pequeno tamanho.”

Pentes de frequncia acstica

Curiosamente, as duas tcnicas padro Nobel que foram utilizadas para construir o sensor, as pinas pticas e os pentes de frequncias, no parecem ter muita coisa em comum, a no ser o fato de usarem a luz.

“O interessante que ambos os conceitos so tipicamente relacionados luz, mas esses campos no tm nenhuma sobreposio real. Ns os combinamos de forma nica para criar uma tecnologia de microchip fcil de usar baseada em ondas sonoras. Essa facilidade de uso pode ter implicaes significativas sobre como medimos o mundo ao nosso redor,” disse Norte.

Especificamente, as foras exercidas pela luz, usadas nas pinas pticas, so responsveis pela vibrao precisa induzida no trampolim.

“Voc pode comparar os harmnicos no trampolim com notas especficas de um violino. A nota ou frequncia que o violino produz depende de onde voc coloca o dedo na corda. Se voc tocar a corda apenas levemente e toc-la com um arco, poder criar harmnicos, uma srie de notas em frequncias mais altas. No nosso caso, o laser atua tanto como um toque suave quanto como arco, para induzir vibraes harmnicas na membrana do trampolim,” explicou o pesquisador.

Por sua vez, os pentes de frequncia so responsveis pela traduo das vibraes induzidas pela luz nas ondas snicas que fazem o dispositivo funcionar, e fazer isto de um modo que permita fazer as medies.

“Ns fabricamos uma verso acstica de um pente de frequncia, feito de vibraes sonoras na membrana, em vez de luz. Pentes de frequncia acstica podem, por exemplo, fazer medies de posio em materiais opacos, atravs dos quais as vibraes podem se propagar melhor do que as ondas de luz. Essa tecnologia pode, por exemplo, ser usada para medies de preciso subaquticas para monitorar o clima da Terra, para imagens mdicas e para aplicaes em tecnologias qunticas,” completou Norte.

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