Nanotecnologia

Acelerador de elétrons fica menor que um grão de arroz

Acelerador de elétrons fica do tamanho de um grão de arroz
Apesar de ter apenas 3 milímetros de comprimento, o chip acelera os elétrons a uma taxa 10 vezes superior à obtida com a tecnologia convencional. [Imagem: Matt Beardsley, SLAC]

Aceleradores de mesa

O LHC é o acelerador de partículas mais conhecido, um anel de 27 km de circunferência que custou vários bilhões de dólares.

Os aceleradores de elétrons costumam ser menores e mais baratos - embora "menor" e "barato" sejam termos bem relativos nesse caso.

Mas não é o caso do acelerador de elétrons construído por Edgar Peralta e Ken Soong, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Em um avanço que poderá miniaturizar de vez uma tecnologia largamente usada em experimentos que vão da ciência dos materiais à medicina, eles construíram um acelerador de elétrons que cabe em um chip - e um chip muito pequeno.

Como foi fabricado com lasers comerciais e técnicas de fabricação industrial de baixo custo, os pesquisadores acreditam que o "acelerador em um chip" abre o caminho para novas gerações de aceleradores "de mesa".

"Nosso objetivo último para essa estrutura é alcançar 1 bilhão de elétron-volts por metro, e já percorremos um terço do caminho em nosso primeiro experimento," disse o professor Robert Byer, um dos líderes do projeto.

Acelerador de elétrons

Os aceleradores atuais usam micro-ondas para acelerar os elétrons. O chip-acelerador usa um conceito diferente, baseado em lasers.

As partículas geralmente são aceleradas em duas etapas. Primeiro, elas são impulsionadas até quase a velocidade da luz. A partir daí, qualquer aceleração adicional aumenta a sua energia, mas não a sua velocidade - este é o maior desafio.

O acelerador em um chip entra na segunda etapa, depois que os elétrons já receberam o empurrão inicial.

Acelerador de elétrons fica do tamanho de um grão de arroz
Princípio de funcionamento do chip acelerador de elétrons. [Imagem: Edgar A. Peralta]

Ao entrar no chip, os elétrons são focalizados em um canal com 500 nanômetros de diâmetro escavado no interior de uma pastilha de vidro de óxido de silício.

O canal não é liso, mas cheio de ranhuras, nas quais a luz infravermelha emitida por um laser gera campos elétricos que interagem com os elétrons, aumentando sua energia.

Com força total, o chip pode colocar os elétrons em uma energia similar à obtida com o acelerador linear de 3,2 km da Universidade de Stanford.

Para criar um acelerador de elétrons realmente miniaturizado, contudo, os pesquisadores precisarão compactar também a primeira parte da aceleração, aquela que despeja os elétrons na entrada do chip - no momento, mesmo com um chip de 3 milímetros, a estrutura toda mediria cerca de 30 metros.

Bibliografia:

Demonstration of electron acceleration in a laser-driven dielectric microstructure
E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature12664




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