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:

Architecture for the photonic integration of an optical atomic clock
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
Optica
Vol.: 6, Issue 5, pp. 680-685
DOI: 10.1364/OPTICA.6.000680




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