A geladeira quântica usa a física quântica no chip quadrado -
montado sobre a placa verde - para resfriar a placa de cobre no centro da
imagem.[Imagem: Schmidt/NIST]
Nanorrefrigeração
Enquanto as geladeiras a laser
não chegam, talvez você possa se contentar com uma geladeira quântica. O
primeiro exemplo daquilo que se poderia chamar de um refrigerador quântico veio
de forma um tanto surpreendente, quando físicos italianos conseguiram mover a
entropia de um sistema para outro.
Mas a
geladeira quântica criado por Peter Lowell e colegas do Instituto Nacional de Padronização e
Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos está pronta para uso, ao menos em
laboratórios.
Este é
o primeiro refrigerador quântico de estado sólido que usa fenômenos da física
quântica, operando em micro e nanoestruturas - ele não possui nenhuma parte
móvel - para resfriar objetos muito maiores, de nível macroscópico.
Embora
existam inúmeros aparatos capazes de resfriar objetos em laboratório até
temperaturas que se aproximam do zero absoluto, o novo equipamento permitirá
que os cientistas ponham e retirem seus experimentos para congelamento da mesma
forma que se manipula os alimentos em uma geladeira doméstica.
“É uma das
realizações mais impressionantes que eu já vi. Nós usamos a mecânica quântica
em uma nanoestrutura para resfriar um bloco de cobre que é um milhão de vezes
mais pesado do que os elementos de refrigeração,” disse Joel Ullom, membro da equipe.
Laboratórios
e telescópios
O que realmente impressiona é o
rendimento do refrigerador quântico: seu poder de resfriamento pode ser
comparado a um ar condicionado de parede resfriando um prédio inteiro.
A
geladeira quântica poderá resfriar sensores abaixo das temperaturas criogênicas
(300 miliKelvin), normalmente obtidas com o uso de hélio líquido, facilitando
os experimentos com computadores quânticos e estendendo a vida útil das câmeras
de telescópios espaciais - o telescópio espacial Herschel está chegando ao fim
de sua vida útil justamente pelo esgotamento do seu reservatório de hélio
líquido.
Este é
mais uma de um crescente número de demonstrações de como dispositivos em
nanoescala, que funcionam segundo as leis da mecânica quântica, afetam
fenômenos em macroescala, que funcionam segundo das leis da física clássica.
As
aplicações portáteis são ainda mais facilitadas pela pouca energia necessária
para alimentar a geladeira quântica: o protótipo funciona com uma única bateria
de 9V.
Como
funciona a geladeira quântica
O resfriamento quântico é feito
por um conjunto de 48 sanduíches de diversos materiais, condutores e isolantes,
intercalados com um metal supercondutor.
Com a
aplicação de uma tensão elétrica, os elétrons de mais alta energia saem das
camadas condutoras, tunelam através das camadas isolantes, até atingir a camada
supercondutora.
A
temperatura nas camadas metálicas cai dramaticamente, drenando energia
eletrônica e vibracional do objeto que está sendo resfriado.
A mesma
equipe já havia demonstrado a viabilidade de exploração desse processo, mas em
dimensões microscópicas:
Refrigeradores
do tamanho de um chip
O protótipo levou um bloco de
cobre de 2,5 centímetros de lado e 3 milímetros de altura a uma temperatura de
256 mK. Os pesquisadores afirmam já ter em mente melhoramentos que levarão o
equipamento a atingir 100 mK.
Bibliografia:
Macroscale refrigeration by nanoscale electron
transport.
Peter J. Lowell, Galen C. O'Neil, Jason M. Underwood, Joel N. Ullom, Applied
Physics Letters. Vol.: 102, 082601. DOI:
10.1063/1.4793515
Fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica -
13/03/2013
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