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Nanotecnologia

Bomba de elétron único redefine corrente elétrica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2013

Redefinição do Ampere é possível com bomba de elétron único
Cada elétron é depositado temporariamente em um ponto quântico, sendo depois ejetado, permitindo a mais precisa medição da corrente elétrica.
[Imagem: NPL]

Um nanodispositivo feito de grafeno poderá redefinir o Ampere em termos de constantes fundamentais da física.

A primeira bomba de elétron único de grafeno foi construída por uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional de Física e da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

De imediato, o dispositivo representa um avanço significativo para criar correntes elétricas muito precisas - na verdade, no limite da precisão.

Redefinição do Ampere

A corrente elétrica é composta de bilhões e bilhões de minúsculas partículas chamadas elétrons.

Uma bomba de elétrons doma essa enxurrada, pegando um elétron de cada vez e movendo-o através de uma barreira, criando uma corrente elétrica muito bem definida.

O Sistema Internacional de Unidades (SI) é composto por sete unidades básicas - metro, quilograma, segundo, Kelvin, Ampere, mol e candela.

Em termos ideais, estas unidades devem ser estáveis ao longo do tempo e universalmente reproduzíveis. Para que isso seja possível, suas definições devem ser baseadas nas chamadas constantes fundamentais da natureza, que sejam sempre as mesmas, onde e quando quer que sejam medidas.

Foi por isso que o metro passou a ser definido em termos da velocidade da luz - a distância que a luz percorre em 1/299.792.458 segundo - e o quilograma está para ser redefinido em termos de uma quantidade exata de átomos de carbono.

A definição do Ampere, no entanto, ainda é vulnerável e inadequada para atender às necessidades de precisão atuais e, certamente, do futuro das medições elétricas.

O valor do Ampere atualmente é derivado indiretamente da resistência ou da tensão, o que pode ser feito separadamente, utilizando o efeito Hall quântico e o efeito Josephson.

Redefinição do Ampere é possível com bomba de elétron único
As propriedades do grafeno permitiram construir uma bomba de elétrons individuais milhares de vezes mais rápida do que era possível usando metais.
[Imagem: NPL/Cambridge]

Bomba de elétron único

É por isso que a autoridade mundial no campo da metrologia, a Conferência Geral de Pesos e Medidas, propôs que o Ampere seja redefinido em termos da carga do elétron.

Para isso, contudo, é preciso manipular elétrons individuais com muita precisão e de maneira consistente.

É aí que entra a bomba de elétron único, um nanodispositivo capaz de criar um fluxo de elétrons individuais, que possam ser depositados, transportados e reemitidos, um de cada vez, e em um ritmo bem definido.

Até agora as bombas de elétrons únicos eram feitas de alumínio, que são muito precisas, mas muito lentas.

Já a estrutura bidimensional única do grafeno tem as propriedades adequadas para que os elétrons entrem e saiam muito rapidamente, criando um fluxo próximo aos gigahertz que é rápido o suficiente para criar um novo padrão da corrente elétrica.

Bibliografia:

Artigo: Gigahertz quantized charge pumping in graphene quantum dots
Autores: M. R. Connolly, K. L. Chiu, S. P. Giblin, M. Kataoka, J. D. Fletcher, C. Chua, J. P. Griffiths, G. A. C. Jones, V. I. Falko, C. G. Smith, T. J. B. M. Janssen
Revista: Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2013.73


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