Relgio atmico de pulso comea a virar realidade

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/06/2023

Relgio atmico pessoal

Alm de terem elevado nossa capacidade de medir o tempo a um novo patamar, os relgios atmicos hoje se parecem com a garrafa de refrigerante do clssico do cinema “Os Deuses Devem Estar Loucos”: Todo cientista parece precisar de um para alguma coisa.

Com isto, comeou um esforo para miniaturizar esses medidores de tempo ultraprecisos, de modo no apenas a torn-los mais acessveis a mais equipes de pesquisa, mas tambm de permitir que eles sejam levados a qualquer lugar, j que eles so teis para medir a fora da gravidade ou as imperfeies da superfcie terrestre, por exemplo.

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padronizao e Tecnologia (NIST) dos EUA esto desenvolvendo relgios atmicos em escala de chip h vrios anos, e agora eles parecem ter se aproximado muito de viabilizar um autntico relgio atmico de pulso.

Relgios comerciais menores, do tamanho de uma maleta, j so comuns, mas ainda requerem uma quantidade significativa de energia (cerca de 50 watts) para funcionar. Para comparao, os celulares requerem cerca de um tero de watt para seu funcionamento normal.

Os relgios atmicos em escala de chip, que a equipe j vinha construindo, tiraram proveito dos avanos na tecnologia da microeletrnica, o que permitiu construir as cmaras, onde os tomos so mantidos e medidos, do tamanho de um gro de arroz – o relgio inteiro tem o tamanho de um sushi. Mas essa miniaturizao cobrou seu preo em termos de preciso, e foi nisso que a equipe avanou agora.

“Os relgios atmicos em escala de chip tm baixo consumo de energia e alto desempenho, considerando-se seu tamanho. um dispositivo maravilhoso, mas ele flutua depois de funcionar por alguns milhares de segundos,” conta William McGehee, do NIST. “Os relgios de feixe existem desde a dcada de 1950 e so estveis, mas ainda precisam de muita energia. E se pudssemos combinar os melhores aspectos desses dois sistemas?”

Caminho para melhorar

Existem muitos tipos de relgios atmicos, mas, em sua busca de preciso, a equipe optou pelo modelo mais antigo e mais estvel, construdo usando feixes atmicos. Esses relgios enviam um feixe de tomos atravs de uma cmara de vcuo. Em uma extremidade da cmara, os tomos so colocados em um estado quntico especfico e comeam a tiquetaquear. Na outra extremidade, sua taxa de tique-taques medida ou lida. Usando a taxa de tique-taques precisa dos tomos, outros relgios podem ser comparados aos relgios de feixe atmico e ajustados para corresponder ao seu tempo.

Para a miniaturizao, a abordagem escolhida foi construir o chip do relgio em camadas de silcio e vidro, que so ento empilhadas. Isso permitiu construir cmaras ainda menores, o que reduziu o relgio das dimenses de um sushi para o tamanho de um selo postal.

A cmara contm um pequeno pedao de rubdio. Essa cmara aquece, liberando um fluxo de tomos de rubdio atravs de microcapilares, canais de apenas 100 micrmetros de largura.

Esses minsculos canais se conectam a outra cmara com materiais que podem absorver – ou coletar – molculas de gs individuais, chamadas de capturadores no evaporveis, que puxam os tomos de rubdio e os coletam, mantendo limpo o vcuo nos microcapilares. Pequenas hastes de grafite tambm ajudam a coletar tomos perdidos durante o processo.

No momento, o relgio atmico de pulso apenas um prottipo. Os testes iniciais mostraram desempenho em um nvel um pouco pior do que os relgios portteis de chip existentes, mas a equipe afirma que a abordagem adotada agora deixa o caminho aberto para melhorar a estabilidade.

De fato, eles esperam aumentar a preciso do prottipo em um fator de 10 e exceder a estabilidade dos relgios atmicos de chip existentes em 100 vezes, e mant-los estveis em escalas de tempo semanais, e no mais de segundos.

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