terça-feira, 25 de maio de 2010

Criado um transistor com apenas sete átomos

Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (Austrália) e da Universidade de Wisconsin-Madison (Estados Unidos da América) anunciaram o desenvolvimento de um transistor com apenas sete átomos. Os transistores são pequenos interruptores usados para a construção de chips.
microchips
© Universidade de Nova Gales do Sul (microchips)
A criação de transistores tão pequenos é o primeiro passo para o desenvolvimento de computadores menores e mais poderosos.
Os autores da façanha substituíram sete átomos em um cristal do elemento químico silício por sete átomos de fósforo.
Um chip poderia conter bilhões desses novos transistores, gerando um salto exponencial no poder de processamento dos computadores atuais.
Mas o uso em escala industrial do transistor atômico ainda está longe, pois ele foi criado manualmente. Com o auxílio de um microscópio eletrônico de tunelamento, os pesquisadores inseriram um por um os átomos de fósforo. Esta tecnologia pode ser o primeiro estágio para a criação de um computador quântico.
Fonte: Nature Nanotechnology

sábado, 22 de maio de 2010

Poeira faiscante

Há cinco anos, o físico alemão Hans Herrmann intercala seu expediente corriqueiro de trabalho na famosa Escola Politécnica de Zurique (ETH) com viagens constantes ao Nordeste brasileiro, onde é professor visitante da Universidade Federal do Cea­rá (UFC). Numa dessas visitas, o pesquisador observou o belo espetáculo noturno produzido por clarões e raios durante tempestades de areia nas dunas de Jericoacoara, no norte do Ceará.
 Lagos temporárias nas dunas de jericoacoara
© Flickr (dunas de Jericoacoara)
Intrigado pela inesperada presença da atividade elétrica num ambiente extremamente seco e aparentemente péssimo condutor de corrente, voltou para casa e se pôs a pensar num fenômeno que, um século e meio atrás, já intrigava o grande cientista inglês Michael Faraday: por que o choque contínuo de grãos de areia ou de cinzas vulcânicas, materiais comumente vistos como neutros, pode gerar espontaneamente grandes descargas? Com a ajuda de dois colegas da ETH, Herrmann acaba de formular uma resposta para o enigma e a publicou um artigo no site da revista científica britânica Nature Physics.
Eyjafjallajökull 1
© NASA (raios em erupção do vulcão Sakurijama)
A explicação dá conta de uma velha contradição, ainda que pouco conhecida entre os leigos no assunto. Quando colidem, duas partículas com cargas elétricas tendem a se neutralizar. O polo negativo de uma atrai e anula o positivo da outra. Até aí tudo normal. Mas, em circunstâncias especiais, como nas tempestades  de areia em desertos e nas erupções de vulcões, o choque de duas partículas com certas características, compostas de um mesmo material e eletricamente neutras produz, paradoxalmente, o efeito contrário. Em vez de se neutralizarem, elas, ao trombarem em pleno ar sob efeito de um campo elétrico externo, levam a um crescendo das cargas elétricas presentes nesse sistema que, até então, parecia em equilíbrio. A cada colisão, uma partícula acumula mais carga positiva e perde toda a negativa enquanto o oposto ocorre com a outra partícula, que aumenta progressivamente sua carga negativa e zera a positiva. Portanto, em condições bastante específicas, sucessivos choques entre grãos podem provocar uma escalada de energia no sistema, transformando partículas que antes se comportavam como isolantes elétricos em um meio condutor de grandes descargas. Daí para a ocorrência de uma descarga é um passo. Os choques no ar aumentam a polarização nos grãos. As cargas negativas se armazenam no topo das partículas e as positivas em sua base.
De acordo com simulações feitas em computador e experimentos reais com partículas granulares realizados em laboratório, os físicos da ETH montaram um cenário esquemático, simplificado, para explicar o processo de surgimento das descargas elétricas em nuvens de poeira. Imagine uma nuvem hipotética com apenas dois grãos de areia. Quando um campo elétrico de fundo é aplicado no sistema, ocorre a polarização de cargas nas partículas. Em cada grão de areia a carga positiva se concentra no hemisfério sul e a mesma quantidade de carga negativa migra para o hemisfério no norte. É preciso notar que, nesse momento, antes de qualquer colisão, as duas partículas, apesar de divididas em duas metades com sinal elétrico oposto, ainda se encontram eletricamente neutras. Cada grão carrega uma unidade de carga positiva em sua base e uma de carga negativa no topo. Quando ocorre o choque das partículas, o hemisfério sul de um grão (de carga positiva) esbarra no hemisfério norte (negativo) do outro. O toque faz essas metades se anularem eletricamente: suas cargas descem a zero. No entanto sobra carga nas extremidades dos grãos que não colidiram. Uma partícula permanece com uma unidade de carga positiva em sua base (e zero negativa no topo) enquanto a outra se apresenta com uma carga negativa no topo (e zero positiva na base).
Em outras palavras, o choque torna um grão eletricamente positivo e o outro, negativo. Esse processo repetido inúmeras vezes numa nuvem de poeira, com milhares de partículas, resulta em um desequilíbrio energético que pode culminar num raio ou faísca. “Nosso modelo explica a formação de descargas elétricas em nuvens compostas por partículas idênticas”, afirma Herrmann. “Se as partículas forem diferentes, o princípio também vale, só que os cálculos são mais complicados.” Há ainda também a questão (não respondida) de como surge um campo elétrico de fundo numa tempestade de areia. As colisões só vão energizar os grãos de areia se houver previamente um campo atuando no sistema.
Eyjafjallajökull 2
© Snaevarr Gudmundsson (geleira vulcânica Eyjafjallajoekull)
Por ironia da natureza, poucos dias depois da publicação do artigo na Nature Physics, o mundo assistiu à ocorrência de descargas elétricas causadas por colisões de partículas granulares. Em meados de abril a geleira vulcânica Eyjafjallajoekull, na Islândia, entrou em erupção. Além de parar o tráfego aéreo de boa parte da Europa por seis dias, o enorme rastro de cinzas expelidas pela boca fumegante da montanha desencadeou potentes raios. As cinzas de um vulcão também podem se carregar eletricamente, mas isso só acontece no momento da erupção, quando são muito agitadas e a densidade de partículas é alta. Os grãos de areia e as cinzas vulcânicas não são as únicas partículas que podem se tornar eletricamente carregadas em razão de colisões repetidas.
Eyjafjallajoekull 3
© Marco Fulle (erupção no vulcão Eyjafjallajoekull)
O fenômeno pode se repetir, e até causar explosões, em silos com grãos, em empresas farmacêuticas que processam componentes de remédios e na indústria do carvão. Em desertos, o deslocamento de areia causado pelos rotores de um helicóptero voando baixo pode ocasionar perigosas faíscas. Poeira eletricamente carregada também é apontada como a responsável pela perda de eficiência de baterias solares usadas em Marte e na Lua e, ao se ligar à roupa dos astronautas, por danos aos trajes espaciais.
Fonte: FAPESP e Nature Physics

quinta-feira, 13 de maio de 2010

Rumo ao transistor óptico quântico

Um único átomo pode ser usado como um transistor óptico quântico para controlar a transmissão de luz no interior de uma cavidade. O feito foi obtido no Instituto Max-Planck de Óptica Quântica, de Garching (Alemanha) por uma equipe de pesquisadores da qual faz parte o físico brasileiro Celso Jorge Villas-Boas, da Universidade Federal de São Carlos (UFScar), no interior de São Paulo.
experimento para controlar a transmissão de luz
 © Instituto Max-Planck de Óptica Quântica
Relatado em detalhes num artigo científico publicado eletronicamente no site da revista Nature, o experimento representa mais um passo rumo ao controle pleno da geração, propagação e absorção da luz no mundo quântico. "Chegamos ao limite do sistema, enquanto outros grupos já haviam obtido resultados semelhantes, mas com amostras com centenas de milhares de átomos.", afirma Villas-Boas, que contribuiu com a parte teórica do experimento.
A base do sistema se apoia no fenômeno conhecido como transparência induzida eletromagneticamente. Dentro de uma cavidade, os pesquisadores promovem a interação entre dois campos ópticos, em geral laseres com determinadas características, e um meio material, no caso do experimento feito na Alemanha átomos de rubídio. Quando é ligado um dos feixes de laser, aquele denominado campo de controle, parte da luz do outro feixe (campo de prova), que normalmente seria 100% absorvida e bloqueada pelo meio material, consegue atravessar os átomos de rubídio. No experimento feito no Instituto Max-Planck, os físicos tiveram sucesso em controlar a transmissão de até 20% da luz do campo de prova no sistema com um único átomo aprisionado na cavidade. Sendo que para desenvolver um computador realmente quântico, o ideal será atingir algo próximo a 100% de eficiência.
Sistemas mais complexos, mas semelhantes ao descrito no trabalho da Nature, podem ser o ponto de partida para a construção de verdadeiras redes quânticas, nas quais a informação poderá ser transmitida por meio do controle da interação entre matéria e luz. Também podem auxiliar na obtenção de um maior controle sobre o número de fótons presentes num feixe de laser propagado. No estudo, os pesquisadores trabalharam com campos de luz muito fracos. "Nesse experimento a transmissão de um único fóton do campo de prova foi controlada por, em média, um fóton de um campo de controle, isto é, um fóton controlando a transmissão de um segundo fóton", afirma o físico brasileiro. As pesquisas feitas em São Carlos por Villas-Boas fazem parte do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Informação Quântica, uma iniciativa conjunta da FAPESP e do CNPq.
Fonte: FAPESP e Instituto Max-Planck

quarta-feira, 5 de maio de 2010

Primeira imagem de movimento atômico

Físicos da Universidade de Ohio, nos Estados Unidos, descobriram uma maneira de manipular a rotação de elétrons em torno de núcleos de átomo de cobalto. Os cientistas ainda conseguiram, com a ajuda de um microscópio especial, gerar a primeira imagem desse tipo de ação.
movimento de elétrons
© Universidade de Ohio
O giro, ou spin, é um dos movimentos básicos dos elétrons e consiste basicamente no caminho que a partícula faz em torno do núcleo do átomo. Esse movimento é divido ainda em dois momentos: para baixo e para cima.
No estudo, os pesquisadores tentavam mudar o giro de elétrons de átomos de cobalto (um elemento metálico com 27 prótons e 32 nêutrons). No experimento eles utilizaram um microscópio especial com uma ponteira minúscula revestida de ferro para "ver" os átomos e gerar a primeira imagem do giro de elétron sendo manipulado.
É impossível registrar uma imagem de uma partícula tão pequena utilizando luz visível ao olho humano. O grupo de físicos utilizou, então, um processo que "sente" o movimento, através da ponta do microscópio que tem a largura de um único átomo.
Para mudar o giro dos elétrons, os pesquisadores colocaram os átomos em uma superfície feita de manganês, que foi preparada para que os giros dos seus elétrons se movimentem em espiral. Quando os físicos colocaram os átomos de cobalto no topo dessa espiral, os elétrons se alinharam com os que estavam abaixo deles.
Nas imagens geradas a partir do microscópio, os físicos descobriram que o átomo muda de forma conforme o momento do movimento: quando o giro está para cima, o átomo aparece como uma única protrusão, mas, quando é para baixo, ele aparece com duas, dois picos de alturas iguais. Os cientistas acreditam que essa diferença nas formas é resultante do movimento dos elétrons em diferentes órbitas, ou padrões ao redor do núcleo, dependendo de seus giros.
O estudo pode levar a um avanço na área de alta tecnologia, com eletrônicos cada vez menores e mais rápidos que manipulam o giro atômico. Os cientistas afirmam que, no futuro, ao invés de utilizarmos dezenas de milhares de átomos para armazenar memórias nos computadores, poderíamos utilizar um único átomo e multiplicar a capacidade do equipamento.
Contudo, os físicos dizem que essa mudança pode levar muito tempo, já que o experimento foi realizado em um espaço fechado a vácuo e temperaturas muito baixas, pois em temperaturas maiores os átomos costumam ficar mais instáveis.
Fonte: Live Science