Cientistas criam placa de grafite levitando para sensores quânticos ultrassensíveis: WebCuriosos
A levitação é o tipo de superpoder que muitos pesquisadores adorariam ter em mãos. Embora existam várias maneiras de combater as forças da gravidade, poucas são adequadas para os tipos de dispositivos ultrassensíveis que se beneficiariam da flutuação livre no vácuo.
Liderada por uma equipe do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, uma equipe de pesquisadores descobriu uma maneira de proteger finas lâminas de grafite enquanto elas pairam livremente sobre uma grade de ímãs, tornando-as muito menos suscetíveis a correntes que interferem em sua capacidade de atuar como sensores.
Grafite é diamagnéticoo que significa que ele empurra os campos magnéticos. Coloque uma fatia fina do material sobre um material ferromagnético adequado e você poderá criar uma pequena plataforma que não tenha conexão com o ambiente.
Remova todo o ar circundante, as pastilhas de carbono flutuantes podem ser efetivamente isoladas dos choques e tremores de praticamente todas as partículas em colisão, isolando-as do ambiente.
Embora isso deva ser útil para detectar qualquer coisa, desde a atração da gravidade até atividades quânticas, as correntes elétricas dentro das camadas de grafite forçam o sistema a perder energia por meio de um fenômeno chamado amortecimento parasita. Quanto maior o wafer, maior será esse efeito.
Para combater isso, os pesquisadores revestiram um pequeno quadrado de esferas microscópicas de grafite com sílica e depois encerar, tornando o quadrado um isolante elétrico, que ajuda a proteger contra a rápida perda de energia do sistema.
“Alcançar este nível de precisão requer uma engenharia rigorosa para isolar a plataforma de perturbações externas, como vibrações, campos magnéticos e ruído elétrico”, diz físico teórico Jason Twamley, do OIST.
O outro desafio com o qual a equipe teve que lidar foi minimizar o impacto emocional ou energia cinética da peça de grafite, algo que é crucial se o sistema for eventualmente usado como um sensor preciso o suficiente para fazer medições em escalas quânticas.
Esta energia foi reduzida através da criação de um circuito de feedback, onde o movimento do sistema era constantemente monitorizado, e o campo magnético por baixo era revisto para manter a peça de grafite o mais imóvel possível.
“O calor causa movimento, mas monitorando continuamente e fornecendo feedback em tempo real na forma de ações corretivas ao sistema, podemos diminuir esse movimento”, dizTwamley.
“O feedback ajusta a taxa de amortecimento do sistema, que é a rapidez com que ele perde energia, portanto, ao controlar ativamente o amortecimento, reduzimos a energia cinética do sistema, resfriando-o efetivamente.”
Ter um nível preciso de controle sobre pPlataformas como essas são cruciais para responder algumas das maiores questões da física quântica e entender onde a gravidade se encaixa.
Uma das maneiras pelas quais a tecnologia pode ser usada é como gravímetro atômico dizem os pesquisadores: um dispositivo usado para medir a gravidade monitorando seus efeitos em átomos individuais. Na verdade, com mais trabalho, ele poderia superar os gravímetros atuais em termos de sensibilidade.
“Nosso trabalho contínuo se concentra em refinar esses sistemas para desbloquear todo o potencial desta tecnologia”, dizTwamley.
A pesquisa foi publicada em Cartas de Física Aplicada.
