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Nanotecnologia

Relógio atômico de pulso: Todo cientista vai querer ter um

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/05/2019

Relógio atômico de pulso: Todo cientista vai querer ter um
Aqui o coração do relógio atômico óptico aparece ao lado de um grão de café.
[Imagem: Hummon/NIST]

Relógio atômico portátil

Os relógios atômicos não serviram apenas para aprimorar nossa capacidade de medir o tempo: eles melhoraram as telecomunicações, viabilizaram as tecnologias de posicionamento global e agora já ajudam até a medir a gravidade, as "imperfeições" da superfície terrestre e uma série quase inumerável de experimentos científicos.

Com tantas aplicações, faz todo o sentido trabalhar por uma nova geração de relógios atômicos que possam ser menores, mais baratos e mais simples de operar do que os atuais.

O Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) dos EUA está tentando fazer mais do que isso: seus engenheiros já estão trabalhando no que poderá se tornar um autêntico relógio atômico de pulso - um relógio atômico portátil já está no horizonte próximo.

O protótipo tem apenas três minúsculos chips, acondicionados juntos em uma estrutura de pouco mais de meio centímetro - do tamanho de um grão de café.

Célula de vapor

O coração do relógio atômico miniaturizado é a pequena célula de vidro vista no centro do chip - seu nome técnico é célula de vapor - onde os tique-taques são representados pelas pulsações de átomos de rubídio confinados. Dois pentes de frequência nos chips adjacentes agem como engrenagens para ligar os sinais ópticos de alta frequência dos átomos - na faixa dos THz - a uma frequência de micro-ondas mais baixa que pode ser usada em aplicações.

"Nós fabricamos um relógio atômico óptico no qual todos os componentes principais são microfabricados e trabalham juntos para produzir uma saída excepcionalmente estável. Em última análise, esperamos que esse trabalho leve a relógios pequenos e de baixa potência que sejam excepcionalmente estáveis e viabilizem uma nova geração de temporização precisa para dispositivos portáteis operados por bateria," disse John Kitching, membro da equipe.

Relógio atômico de pulso: Todo cientista vai querer ter um
Esquema de funcionamento do relógio atômico miniaturizado.
[Imagem: Newman et al. - 10.1364/OPTICA.6.000680]

Relógios atômicos ópticos

Os relógios atômicos padrão operam em frequências de micro-ondas, com base nas vibrações naturais do átomo de césio, estabelecendo a definição primária do segundo dentro do sistema internacional de unidades.

Relógios atômicos ópticos, operando em frequências mais altas, oferecem maior precisão porque dividem o tempo em unidades menores e têm um alto "fator de qualidade", que reflete quanto tempo os átomos podem marcar por conta própria, sem ajuda externa. Espera-se que os relógios ópticos sejam a base para uma futura redefinição do segundo.

Este relógio atômico em escala de chip apresentado agora tem uma instabilidade de 1,7 x 10-13 em 4.000 segundos - cerca de 100 vezes melhor do que um relógio atômico de micro-ondas em escala miniaturizada.

Bibliografia:

Artigo: Architecture for the photonic integration of an optical atomic clock
Autores: Zachary L. Newman, Vincent Maurice, Tara Drake, Jordan R. Stone, Travis C. Briles, Daryl T. Spencer, Connor Fredrick, Qing Li, Daron Westly, B. R. Ilic, Boqiang Shen, Myoung-Gyun Suh, Ki Youl Yang, Cort Johnson, David M. S. Johnson, Leo Hollberg, Kerry J. Vahala, Kartik Srinivasan, Scott A. Diddams, John Kitching, Scott B. Papp, Matthew T. Hummon
Revista: Optica
Vol.: 6, Issue 5, pp. 680-685
DOI: 10.1364/OPTICA.6.000680






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