Nanocordas podem vibrar para sempre - mais ou menos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/05/2024

Essas nanocordas vibram mais de 100.000 vezes por segundo e são virtualmente imunes ao ruído ambiente.
[Imagem: Richard Norte]

Vibração (quase) sem fim

Pesquisadores das universidades de Tecnologia de Delft (Países Baixos) e Brown (EUA) construíram minúsculas cordas de violão capazes de vibrar por mais tempo à temperatura ambiente do que qualquer objeto de estado sólido que se conhece.

Essas nanocordas - tecnicamente falando elas são ressonadores - vibram quase tanto quanto objetos resfriados em temperaturas próximas do zero absoluto.

"Imagine um balanço que, uma vez empurrado, continue balançando por quase 100 anos porque ele quase não perde energia através de suas cordas," exemplificou o professor Richard Norte. "Nossas nanocordas fazem algo semelhante, mas em vez de vibrar uma vez por segundo como um balanço, nossas cordas vibram 100.000 vezes por segundo. Como é difícil vazar energia, isso também significa que é difícil para o ruído ambiental entrar, tornando-as alguns dos melhores sensores para situações de temperatura ambiente."

Elas são essencialmente os sensores mecânicos mais sensíveis já construídos a operar em temperatura ambiente, tendo sido especialmente projetadas por inteligência artificial para reter vibrações pelo maior tempo possível, não permitindo que sua energia vaze. E, em termos de fabricação, elas foram feitas com técnicas padrão da indústria microeletrônica, o que torna a tecnologia interessante para integração com plataformas de microchip.

Embora as estranhas leis da mecânica quântica sejam normalmente vistas apenas em átomos individuais, a capacidade das nanocordas de se isolarem do nosso ruído vibracional diário baseado no calor abre uma janela para as suas próprias assinaturas quânticas - lembrando que, embora sejam "nano", essas cordas são formadas por bilhões de átomos.

Esta inovação é fundamental para o estudo de fenômenos quânticos macroscópicos à temperatura ambiente, ambientes nos quais os fenômenos quânticos são tipicamente mascarados pelo ruído.

Tudo é feito com a tecnologia padrão da microeletrônica, permitindo o uso imediato das nanocordas em projetos de sensores e experimentos de física quântica.
[Imagem: Andrea Cupertino et al. - 10.5281/zenodo.10518818]

Usos das nanocordas

As cordas têm 3 centímetros de comprimento e 70 nanômetros de espessura. Isto é uma proporção quase inatingível no mundo macroscópico - seria o equivalente a fabricar uma corda de violão que ficasse suspensa por meio quilômetro quase sem curvatura.

"Este tipo de estrutura extrema só é viável em nanoescala, onde os efeitos da gravidade e do peso entram de forma diferente. Isto permite criar estruturas que seriam inviáveis nas nossas escalas diárias, mas são particularmente úteis em dispositivos em miniatura usados para medir quantidades físicas como pressão, temperatura, aceleração e campos magnéticos, que chamamos de detecção MEMS," explicou o professor Andrea Cupertino, cuja equipe já havia construído o sensor de vibração mais preciso do mundo.

Um elemento importante da tecnologia é que essas nanoestrutura podem ser fabricadas perfeitamente dentro de um microchip. Para aumentar ainda mais a eficiência do projeto, a equipe usou algoritmos de aprendizado de máquina partindo de experimentos de cordas mais simples e mais curtas, refinando tudo até chegar às nanocordas mais longas e mais estáveis, o que tornou o processo de desenvolvimento econômico e eficaz.

Essas nanocordas oferecem novos caminhos para a integração de sensores altamente sensíveis com a tecnologia de microchip padrão, viabilizando novas abordagens em detecção de vibrações ou no uso das vibrações ambientais em projetos de colheita de energia, por meio dos nanogeradores.

Embora o projeto inicial tenha-se concentrado em cordas, o conceito pode ser expandido para projetos mais complexos, para medir outros parâmetros importantes, como aceleração para navegação inercial ou membranas vibratórias para microfones de próxima geração.

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