Mecânica

Refrigeração óptica a laser atinge temperaturas criogênicas

Refrigeração óptica a laser atinge temperaturas criogênicas
Na refrigeração óptica, o calor é retirado do material por meio de uma fluorescência que se segue à absorção da luz do laser pela amostra que está sendo resfriada. [Imagem: Sheik-Bahae, University of New Mexico]

Pesquisadores norte-americanos e italianos, trabalhando conjuntamente, criaram o primeiro "crio-refrigerador" óptico, inteiramente de estado sólido. Hoje, para atingir essas temperaturas criogênicas é necessário usar gases liquefeitos.

Além de permitir a miniaturização de sensores usados em sondas espaciais, satélites artificiais e em aviões, a tecnologia de crio-refrigeração óptica poderá dar novo ímpeto ao campo dos supercondutores, materiais especiais que transmitem eletricidade sem perdas, mas que funcionam apenas em temperaturas muito baixas.

Crio refrigeração

"A tecnologia de refrigeração óptica, ou refrigeração de estado sólido, oferece muitas vantagens sobre os volumosos crio-refrigeradores mecânicos usados atualmente porque ela é livre de vibrações, sem partes móveis, compacta, leve e pode ser ligada e desligada rapidamente," diz o Dr. Mansoor Sheik-Bahae, da Universidade do Estado do Novo México, que coordenou a pesquisa.

Na refrigeração óptica, o calor é retirado do material por meio de uma fluorescência que se segue à absorção da luz do laser pela amostra que está sendo resfriada.

Até agora, a refrigeração de estado sólido era baseada unicamente nos materiais termoelétricos, capazes de atingir temperaturas na casa dos 170 Kelvin, mas com eficiência bastante baixa.

Refrigeração a laser

"Nós obtivemos um arrefecimento abaixo de 155 K [-118º C] utilizando a refrigeração óptica," conta Sheik-Bahae. "Esperamos que o prosseguimento da pesquisa possa levar o material a temperaturas abaixo de 77 K (ponto de ebulição do nitrogênio líquido) e, no futuro, temperaturas tão baixas quanto 10 K poderão ser possíveis," acrescentou.

O crio-refrigerador atinge estas marcas para amostras sólidas, partindo da temperatura ambiente, e usando um laser de apenas 90 mW de potência. A amostra utilizada foi um cristal de itérbio, um elemento que faz parte de um grupo da Tabela Periódica conhecido como terras-raras, e que apresenta uma elevada fluorescência.

Avanços da refrigeração a laser

O Dr. Sheik-Bahae tem uma longa experiência com a refrigeração a laser, coordenando pesquisas que levaram a uma série inumerável de avanços, que estão permitindo alcançar os resultados agora divulgados e fazendo avançar o campo da refrigeração óptica, ou de estado sólido.

O novo crio-refrigerador incorpora vários desses avanços, incluindo materiais formados por cristais ultra puros, aproveitamento das ressonâncias do espectro de absorção, o uso de fibras ópticas muito finas e a manutenção das amostras a serem congeladas em isolamento termal a vácuo.

Bibliografia:

Laser cooling of solids to cryogenic temperatures
Denis V. Seletskiy, Seth D. Melgaard, Stefano Bigotta, Alberto Di Lieto, Mauro Tonelli, Mansoor Sheik-Bahae
Nature Photonics
17 January 2010
Vol.: Advance online publication
DOI: 10.1038/nphoton.2009.269




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