Rádio atômico fica 100 vezes mais sensível com nova antena

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/05/2022

O rádio propriamente dito está dentro do invólucro de vidro. A antena captura as ondas e as concentra em seu interior, aumentando a capacidade de recepção em 100 vezes.
[Imagem: NIST]

Antena para rádio atômico

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA viraram manchete há pouco tempo criando um "rádio atômico" - um rádio de um átomo -, essencialmente o menor rádio do mundo, vislumbrando um salto na miniaturização das comunicações sem fios.

Mas todo rádio precisa de antenas para ser útil na prática e, convenhamos, não é fácil pensar em uma antena plugada em um átomo.

A mesma equipe agora apresentou uma solução para o problema, uma solução que aumenta em nada menos do que 100 vezes a energia do rádio atômico, aumentando largamente sua capacidade de recepção.

Christopher Holloway e seus colegas criaram uma estrutura que eles chamam de "fone de ouvido para um átomo", essencialmente dois painéis quadrados de cobre interconectados por uma estrutura retangular também de cobre, formando uma espécie de "bobina quadrada".

Essa estrutura do fone de ouvido é tecnicamente um ressonador de anel dividido, uma estrutura que funciona como se fosse um metamaterial, um material artificial engenheirado para apresentar propriedades incomuns. "Podemos chamar isso de estrutura inspirada em metamateriais," disse Holloway.

A célula de vapor onde fica o átomo-rádio tem cerca de 14 milímetros (mm) de comprimento e um diâmetro de 10 mm. A estrutura superior do ressonador tem cerca de 16 mm de largura, enquanto as almofadas do fone de ouvido têm cerca de 12 mm de lado.

Ambiente de teste do rádio de átomo único.
[Imagem: Christopher L. Holloway et al. - 10.1063/5.0088532]

Rádios baseados em átomos

O receptor de rádio atômico depende de um estado especial dos átomos: Dois lasers de cores diferentes ajustam os átomos contidos na célula de vapor em estados de alta energia, conhecidos como átomos de Rydberg, que apresentam propriedades inusitadas, incluindo uma extrema sensibilidade a campos eletromagnéticos.

A frequência e a intensidade de um campo elétrico aplicado afetam as cores da luz absorvida pelos átomos, e isso tem o efeito de converter a intensidade do sinal em uma frequência óptica que pode ser medida com precisão.

Quando o sinal de rádio chega ao ressonador, ele produz um fluxo magnético. Como a dimensões da estrutura do fone de ouvido são menores do que o comprimento de onda do sinal de rádio, o pequeno espaço físico entre as placas de metal tem o efeito de armazenar energia ao redor dos átomos e melhorar o sinal de rádio. Isso aumenta sua eficiência, ou sensibilidade.

"A bobina captura o campo magnético de entrada, criando uma tensão entre as lacunas. Como a separação da lacuna é pequena, um desenvolve-se um grande campo eletromagnético através da lacuna," detalhou Holloway.

Com os necessários desenvolvimentos adicionais, receptores de rádio baseados em átomos podem oferecer muitos benefícios em relação às tecnologias de rádio convencionais. Por exemplo, os átomos atuam como antenas, e não há necessidade de eletrônicos tradicionais parar converter os sinais em diferentes frequências porque os átomos fazem o trabalho automaticamente. Os rádios atômicos também podem ser fisicamente menores, com dimensões em escala micrométrica, e são menos suscetíveis a alguns tipos de interferência e ruído.

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