Aplicações da Supercondutividade - O skate voador da Lexus

segunda-feira, 25 de março de 2013

Artigos mais citados da literatura (papers most cited in the literature)





Pesquisa realizada no site Web of Science em 21/03/2013, usando os seguintes termos: superconducting, superconductivity, superconductors, vortices. Estes são os artigos mais citados da literatura, segundo o mecanismo de busca Web of Science. Todos os trabalhos mostrados abaixo possuem acima de 1000 citações. Naturalmente, esses números variam com o tempo e uma atualização constante é necessária. Curiosamente, o artigo mais citado da literatura na área da supercondutividade é o de BEDNORZ e MULLER, trabalho este que lhes rendeu o prêmio Nobel de Física em 1987 pela descoberta dos high-TC. O segundo trabalho mais citado é o da teoria BCS. Este também rendeu o premio Nobel de Física aos seus autores em 1972. Observando a lista completa, é possível notar algumas coisas bem interessantes e curiosas. Veja você mesmo!


1) BEDNORZ, JG; MULLER, KA, Possible High-Tc Superconductivity in the Ba-La-Cu-O System.  ZEITSCHRIFT FUR PHYSIK B - CONDENSED MATTER, 64, 2, 189-193 (1986). DOI: 10.1007/BF01303701
Citado: 8,423 vezes


2) BARDEEN, J; COOPER, LN; SCHRIEFFER, JR, Theory of Superconductivity. PHYSICAL REVIEW, 108, 5, 1175-1204 (1957). DOI: 10.1103/PhysRev.108.1175
Citado: 6,321 vezes


3) ANDERSON, PW, The Resonating Valence Bond State in La2CuO4 and Superconductivity. SCIENCE, 235, 4793, 1196-1198 (1987). DOI:10.1126/science.235.4793.1196
Citado: 5,133 vezes


4) WU, MK; ASHBURN, JR; TORNG, CJ; et al., Superconductivity At 93-K in a new Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 58, 9, 908-910 (1987). DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.908
Citado: 4,732 vezes


5) BLATTER, G; FEIGELMAN, MV; GESHKENBEIN, VB; et al., Vortices in High-Temperature Superconductors. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 66, 4, 1125-1388 (1994). DOI: 10.1103/RevModPhys.66.1125
Citado: 3,735 vezes


6) Nagamatsu, J; Nakagawa, N; Muranaka, T; et al., Superconductivity at 39 K in Magnesium Diboride. NATURE, 410, 6824, 63-64 (2001). DOI: 10.1038/35065039
Citado: 3,575 vezes


7) NAMBU, Y; JONALASINIO, G, Dynamical Model of Elementary Particles Based on an Analogy With Superconductivity .1. PHYSICAL REVIEW, 122, 1, 345-358 (1961). DOI: 10.1103/PhysRev.122.345
Citado: 3,423 vezes


8) Kamihara, Yoichi; Watanabe, Takumi; Hirano, Masahiro; et al. Iron-Based Layered Superconductor La[O1-XFx]FeAs (X=0.05-0.12) with Tc=26 K, JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 130, 11, 3296 (2008). DOI: 10.1021/ja800073m
Citado: 3,239 vezes


9) Castro Neto, A. H.; Guinea, F.; Peres, N. M. R.; et al., The Electronic Properties of Graphene. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 81, 1, 109-162 (2009). DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109
Citado: 3,141 vezes 


10) MCMILLAN, WL, Transition Temperature of Strong-Coupled Superconductors. PHYSICAL REVIEW, 167, 2, 331-& (1968). DOI: 10.1103/PhysRev.167.331
Citado: 3,088 vezes


11) BEAN, CP, Magnetization of Hard Superconductors. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 8, 6, 250-& (1962).  DOI: 10.1103/PhysRevLett.8.250
Citado: 2,780 vezes


12) BEAN, CP, Magnetization of High-Field Superconductors. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 36, 1P1, 31-& (1964).  DOI: 10.1103/RevModPhys.36.31
Citado: 2,779 vezes


13) Imada, M; Fujimori, A; Tokura, Y, Metal-Insulator Transitions. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 70, 4, 1039-1263 (1998).  DOI: 10.1103/RevModPhys.70.1039
Citado: 2,585 vezes


14) MAEDA, H; TANAKA, Y; FUKUTOMI, M; et al., A New High-Tc Oxide Superconductor Without a Rare-Earth Element. JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS, 27, 2, L209-L210 (1988).  DOI: 10.1143/JJAP.27.L209
Citado: 2,448 vezes


15) ZHANG, FC; RICE, TM, Effective Hamiltonian for the Superconducting Cu Oxides. PHYSICAL REVIEW B, 37, 7, 3759-3761 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevB.37.3759
Citado: 2,313 vezes


16) HEBARD, AF; ROSSEINSKY, MJ; HADDON, RC; et al., Superconductivity at 18-K in Potassium-Doped C-60. NATURE, 350, 6319, 600-601 (1991). DOI: 10.1038/350600a0
Citado: 2,298 vezes


17) BLONDER, GE; TINKHAM, M; KLAPWIJK, TM, Transition From Metallic to Tunneling Regimes in Superconducting Micro-Constrictions - Excess Current, Charge Imbalance, and Super-Current Conversion. PHYSICAL REVIEW B, 25, 7, 4515-4532 (1982). DOI: 10.1103/PhysRevB.25.4515
Citado: 2,038 vezes


18) TRANQUADA, JM; STERNLIEB, BJ; AXE, JD; et al., Evidence for Stripe Correlations of Spins and Holes in Copper-Oxide Superconductors. NATURE, 375, 6532, 561-563 (1995). DOI: 10.1038/375561a0
Citado: 1,994 vezes


19) FISHER, DS; FISHER, MPA; HUSE, DA, Thermal Fluctuations, Quenched Disorder, Phase-Transitions, and Transport in Type-II Superconductors. PHYSICAL REVIEW B, 43, 1, 130-159 (1991). DOI: 10.1103/PhysRevB.43.130
Citado: 1,946 vezes


20) Pendry, JB; Holden, AJ; Stewart, WJ; et al., Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 76, 25, 4773-4776 (1996).  DOI: 10.1103/PhysRevLett.76.4773
Citado: 1,870 vezes


21) HAMALAINEN, M; HARI, R; ILMONIEMI, RJ; et al., Magnetoencephalography - Theory, Instrumentation, and Applications to Noninvasive Studies of the Working Human Brain. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 65, 2, 413-497 (1993). DOI: 10.1103/RevModPhys.65.413
Citado: 1,850 vezes 


22) Berger, L, Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current. PHYSICAL REVIEW B, 54, 13, 9353-9358 (1996). DOI: 10.1103/PhysRevB.54.9353
Citado: 1,802 vezes


23) CAMPBELL, AM; EVETTS, JE, Flux Vortices and Transport Currents in Type II Superconductors. ADVANCES IN PHYSICS, 21, 90, 199-& (1972).  DOI: 10.1080/00018737200101288
Citado: 1,155 vezes


24) BARDEEN, J; STEPHEN, MJ, Theory of Motion of Vortices in Superconductors. PHYSICAL REVIEW, 140, 4A, 1197-& (1965).
Citado: 1,082 vezes

quarta-feira, 20 de março de 2013

Cerâmica mais sofisticada (sophisticated ceramics)


Desenvolvimento tecnológico nas fábricas de pisos e azulejos leva o Brasil ao posto de segundo produtor mundial


Revista Pesquisa FAPESP - YURI VASCONCELOS | Edição 205 - Março de 2013


© LÉO RAMOS

Nos últimos 15 anos o Brasil multiplicou por quatro sua produção de revestimentos cerâmicos, material que engloba pisos e azulejos, e hoje é o segundo maior fabricante mundial desses produtos. Com 866 milhões de metros quadrados (m²) produzidos em 2012, o país só perde para a China e já superou concorrentes tradicionais, como Espanha e Itália, que até há alguns anos dominavam o setor. De acordo com a Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimento, Louças Sanitárias e Congêneres (Anfacer), que representa 93 empresas de 18 estados, os fabricantes nacionais estão alinhados com a melhor tecnologia disponível no mundo. O crescimento brasileiro acentuou-se na década passada, quando o setor recebeu apoio de um projeto submetido ao programa de Consórcios Setoriais para Inovação Tecnológica (Consitec), da FAPESP, que reuniu pesquisadores do Centro Cerâmico do Brasil (CCB) e de um conglomerado de empresas do polo cerâmico de Santa Gertrudes, na região de Rio Claro, no interior paulista, além de pesquisadores de universidades e institutos de pesquisa. Com foco no desenvolvimento da indústria local, o projeto introduziu inovação e capacitação de pessoal nas fábricas a fim de melhorar a qualidade e a competitividade da cerâmica do estado de São Paulo.
Em 2001, quando o projeto Consitec teve início, o Brasil era o quarto produtor mundial de placas cerâmicas, com 473 milhões de m², e São Paulo respondia por 40% da fabricação nacional. Hoje as empresas paulistas respondem por cerca de 70% da produção nacional, de 866 milhões de m², e o país é vice-líder mundial. “Quando se iniciou a articulação com as empresas para formação do consórcio, a imagem dos produtos de Santa Gertrudes era bem negativa. Os itens eram reconhecidos como de baixa qualidade técnica e estética”, recorda-se o engenheiro de materiais José Octavio Armani Paschoal, presidente do CCB e coordenador do projeto do Consitec. “Agora isso mudou. São Paulo conquistou papel de destaque no cenário da fabricação de placas cerâmicas para revestimento. Se antes íamos a reboque, hoje estamos na linha de frente”, diz ele.
As empresas paulistas faturaram R$ 3,78 bilhões em 2011. A Anfacer não divulgou os dados sobre o faturamento do setor em âmbito nacional, que gera 25 mil postos de trabalho diretos e em torno de 200 mil indiretos. O projeto Consitec foi articulado com 20 fábricas paulistas e contemplou sete linhas de pesquisa, desde inovações na área de ensaios para avaliação de produtos a estudos em tecnologia de assentamento de placas cerâmicas. Três linhas tiveram como foco o porcelanato, um tipo de placa cerâmica sofisticada com alto valor agregado e requisitos técnicos diferenciados, como menor absorção de água, maior resistência mecânica e design mais elaborado. Foram pesquisados o desenvolvimento de matérias-primas para fabricação dessas peças, o estudo da tecnologia de processo industrial e a formulação de esmaltes especiais.




Um dos principais benefícios do projeto Consitec, que teve investimentos da ordem de R$ 586 mil num período de sete anos por parte da FAPESP e igual valor das empresas, foi proporcionar uma melhora significativa da qualidade da cerâmica paulista. “O percentual de placas classificadas como classe A, isentas de defeitos, tais como trincas, manchas e variações na tonalidade do esmalte, entre outros, subiu de 50% para 98% ao final do programa. Menos de 2% das placas cerâmicas produzidas hoje no estado têm imperfeições”, diz Paschoal. Segundo ele, o primeiro obstáculo a ser superado foi ajustar o processo de produção nas fábricas, buscando implantar um sistema de gestão de qualidade. “Percebemos que as empresas não tinham o controle de todo o processo. Com o início da certificação da qualidade do produto acabado, feita pelo CCB, o índice de não conformidade às normas nacionais e internacionais caiu drasticamente. O setor de cerâmica para revestimento transformou-se em um dos líderes do setor da construção civil em matéria de conformidade com as normas técnicas”, comenta Paschoal. O número de empresas do polo cerâmico de Santa Gertrudes com produtos de qualidade certificados chegou a 20 em 2008, o dobro de sete anos antes. No mesmo período, a quantidade de fábricas com sistema de qualidade certificado pela norma ISO 9001 passou de 4 para 13.
Além do aumento da qualidade e da certificação dos produtos, as indústrias paulistas também passaram a fabricar um volume maior de peças de porcelanato. “O porcelanato é um produto mais caro e compete com rochas naturais, como mármore e granito”, diz a engenheira de materiais Ana Paula Menegazzo, superintendente do CCB. “Quando as empresas brasileiras começaram a fabricar esse tipo de produto, o consumidor com maior poder aquisitivo comprou a ‘grife’, inclusive pagando mais por ela.” Segundo estatísticas da entidade, a produção brasileira do item aumentou 18 vezes na década passada, saltando de 4 milhões de metros cúbicos em 2001 para 72 milhões em 2011. No mesmo período, o número de fabricantes paulistas da mercadoria passou de 3, que produziam apenas peças de pequenas dimensões (pastilhas), para 15, com know-how para fazer placas com mais de um metro quadrado. Apesar do aumento, o maior centro produtor de porcelanato no país ainda é Santa Catarina – estado que também concentra um importante polo cerâmico.




No interior paulista, a Villagres, com sede em Santa Gertrudes, é uma das principais fabricantes de pisos e revestimentos de porcelanato. Com tradição na produção de cerâmica há quase 90 anos, ela tem 108 diferentes itens de seu portfólio e vem investindo em novas tecnologias. A empresa foi uma das primeiras no estado a empregar a tecnologia de impressão digital, um processo feito com jato de tinta que possibilita serigrafar qualquer superfície cerâmica. “É um processo sofisticado, mas, ao mesmo tempo, fácil de ser trabalhado. Você pode, por exemplo, escanear uma pedra na natureza e reproduzir seus traços no porcelanato. A máquina funciona como se fosse uma impressora de papel, com a diferença que ela usa esmalte sobre uma placa de cerâmica”, explica Vanderli Vitório Della Coletta, dono da Villagres. A empresa produziu 6 milhões de m2 de revestimentos cerâmicos em 2012 e teve um crescimento de 6% no faturamento em relação a 2011. “Tivemos um ano muito bom e continuamos em expansão. Estamos melhorando o nosso portfólio e migrando nossa produção para o porcelanato”, diz.
Para Marcos Serafim, gerente da área de inovação do CCB, a impressão digital traz uma nova forma de pensar o design de produtos e o sistema industrial do setor, e impõe alguns desafios. “Apesar de toda a mudança tecnológica, a transformação mais profunda tem que acontecer no design. A questão agora é como capturar, trabalhar e manipular digitalmente esses desenhos sem que aconteça uma pasteurização gráfica”, diz ele. Nesse quesito, segundo Serafim, as indústrias nacionais continuam tendo por referência países como Espanha e Itália, que comercializam os desenhos digitais diretamente para as empresas nacionais ou via fornecedores de matérias-primas ou estúdios de design. “O Brasil precisa inovar criando sua própria identidade em design de produtos”, comenta.


© LÉO RAMOS

Argila em forma bruta antes do processamento na indústria

Um fator determinante para o crescimento do setor cerâmico de São Paulo é a qualidade da matéria-prima usada na fabricação dos produtos. “Santa Gertrudes tem uma das maiores minas de argila do mundo”, diz Elson Longo, professor do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Araraquara, e coordenador do Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos (CMDMC), um dos 11 Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) da Fapesp. “Além disso, a argila vermelha que aflora próximo à superfície da região é de ótima qualidade e os fabricantes não precisam colocar quase nenhum aditivo para fabricar os produtos. Esse é um importante diferencial competitivo”, diz Longo. Ele coordenou as pesquisas do projeto Consitec, no lado acadêmico, com pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), de São Paulo. “A tecnologia e o conhecimento gerado no projeto Consitec só foram possíveis com o financiamento da FAPESP”, diz Longo.
Por conta das propriedades da matéria-prima, os revestimentos cerâmicos feitos no interior paulista utilizam a moagem a seco, processo mais simples do que a “via úmida” e que proporciona uma redução de custos de até 50%. A preparação da massa para moagem a úmido, empregada em Santa Catarina e em outros lugares do país, requer várias etapas, enquanto no processo a seco a argila passa apenas por um moinho e já está pronta para prensagem. “A argila encontrada na formação Corumbataí, na região de Santa Gertrudes, possui propriedades de plasticidade privilegiadas, o que permite um tempo de queima menor, elevando os índices de produtividade”, diz Ana Paula.
O estudo das propriedades da argila do interior paulista é o tema do doutorado do engenheiro de materiais Rogers Rocha, dono da fábrica Rochaforte, em Cordeirópolis. “Existe uma grande diferença na argila dentro de uma mina e de uma mina para outra. Eu pesquiso as características mineralógicas, químicas e cerâmicas das rochas da formação Corumbataí, de onde é extraída a argila usada pelas fábricas locais”, afirma o pesquisador-empresário. “Entender melhor as características da matéria-prima vai nos ajudar a melhorar a qualidade dos itens que produzimos.” A Rochaforte foi criada há 60 anos pelo avô de Rogers. Como tantas outras empresas do setor da região, ela começou fabricando telhas e tijolos e passou a oferecer lajotões, um tipo de piso rudimentar. Atualmente fabrica por mês 2 milhões de m2 de revestimentos cerâmicos, utilizando a moagem a seco. “Esse processo é incomparável em termos de custo”, diz Rocha.


Segundo o empresário, o desenvolvimento tecnológico e o aprimoramento dos processos fabris foram fundamentais para o boom da cerâmica paulista. “A aproximação da nossa indústria com a academia melhorou demais os produtos e processos. Percebo resultados práticos da pesquisa na minha empresa. Alguns dos nossos produtos têm o mesmo nível de qualidade dos fabricados na Espanha e na Itália”, diz ele. Além de vender para o mercado interno, a Rochaforte exporta para clientes nos Estados Unidos, Chile, Argentina e alguns países da América Central.
Inaugurado há 20 anos, o CCB teve um papel central na evolução do setor cerâmico nacional. A entidade tem atuado na pesquisa e no desenvolvimento de produtos cerâmicos, operando principalmente na interface universidade-empresa e realizando serviços de assessoria técnica e tecnológica para o setor. O Centro de Inovação Tecnológica em Cerâmica (Citec/CCB) dispõe de uma moderna infraestrutura laboratorial que foi qualificada pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) para a realização de ensaios de certificação e de controle de qualidade de produto e processo. Ele possui uma instalação completa para fabricar qualquer tipo de placa cerâmica em escala laboratorial, bem como equipamentos para avaliar resistência à flexão, desgaste por abrasão e resistência ao escorregamento de pisos.


© LÉO RAMOS

Na empresa Villagres, impressão digital reproduz foto de um tigre no piso de cerâmica
Apenas em 2011 foram executados 20.577 ensaios nos laboratórios do Citec/CCB, que conta com 12 pesquisadores, sendo 3 mestres e 3 doutores. “Com o início de operação do Citec, passamos a desenvolver novos produtos, a melhorar o processo produtivo e a realizar atividades pós-venda. Isso permitiu uma sólida compreensão dos principais problemas observados nos revestimentos cerâmicos. Da mesma forma, conduzimos pesquisas no sistema de aplicação da cerâmica, que permitiram uma queda importante nos problemas de assentamento do produto”, afirma Paschoal.
Em conjunto com a Anfacer, a associação de fabricantes, o CCB também participou da elaboração de normas técnicas do setor, entre elas a norma brasileira de porcelanato. A entidade é a coordenadora da Comissão de Estudos de Placas Cerâmicas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). “Com parâmetros muito rigorosos, a norma do porcelanato, a NBR 15463, foi criada a partir de uma demanda dos próprios fabricantes com o objetivo de ressaltar a alta qualidade e a competitividade do porcelanato brasileiro. Pioneira no mundo, ela foi apresentada ao Comitê Internacional ISO 189, que trabalha com normas mundiais para revestimento cerâmico”, conta Ana Paula. “O Brasil é o único país com uma norma específica para porcelanato, cujos requisitos técnicos são os mais exigentes entre todos os países. Por isso, posso afirmar sem medo que os porcelanatos certificados pelo CCB são os melhores do mundo”, diz. Segundo ela, o Brasil participa ativamente dos trabalhos de revisão de normas técnicas internacionais. “Atualmente trabalhamos com o Instituto de Tecnologia Cerâmica (ITC), da Espanha, o Tile Council of North America (TCNA), dos Estados Unidos, e o Centro Cerâmico de Bolonha (CCB), na Itália, na criação de uma nova metodologia de ensaio para medição da resistência à abrasão dos produtos cerâmicos”, diz.
Os bons resultados dos últimos anos têm mantido o otimismo dos industriais em alta. Muitas empresas paulistas planejam expandir suas fábricas, como a Rochaforte, que programa a abertura de filiais no Nordeste. As filiais são importantes porque o transporte das mercadorias das fábricas para os locais de consumo tem um custo relevante no preço final do produto. A expansão do mercado interno, segundo Paschoal, deve continuar aquecendo a procura por revestimentos cerâmicos. “Apesar do aumento significativo de construção de novas unidades habitacionais nos últimos anos, ainda existe um grande déficit de moradias no país, da ordem de 10 milhões de unidades. Além disso, há também o mercado de reforma de construções, o que indica um grande consumo potencial para a cerâmica”, diz. Para ele, o grande desafio daqui para frente é elevar a produtividade da indústria nacional e promover o desenvolvimento de novos produtos cerâmicos, principalmente por meio de inovações tecnológicas, “permitindo que o Brasil atinja ainda mais protagonismo no mercado mundial”.


Projeto
Consórcio setorial da indústria de cerâmica para revestimento do estado de São Paulo: inovação tecnológica e competitividade (nº 2001/10783-5); Modalidade Programa Consórcios Setoriais para Inovação Tecnológica (Consitec); Coord. José Octávio Armani Paschoal — CCB; Investimento R$ 586.715,13 (FAPESP) e R$ 586.715,13 (Empresas).


O blog Divulgando a Supercondutividade agradece a Mathilde Grenet pela divulgação do texto. 


sexta-feira, 15 de março de 2013

Geladeira quântica faz gelo absoluto (quantum refrigerator)




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

sexta-feira, 8 de março de 2013

Refrigeração óptica promete geladeiras a laser (laser cooling)


Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/03/2013


Resfriamento a laser pode revolucionar refrigeração

Foto do experimento, mostrando o material semicondutor - sulfeto de cádmio - sendo resfriado por um feixe de laser. [Imagem: Nanyang Technological University]







Retirando calor com luz

Os grandes e barulhentos aparelhos de ar-condicionado logo poderão ser coisa do passado. Cientistas descobriram uma forma revolucionária de refrigeração que usa raios lasers no lugar dos compressores e gases danosos para a camada de ozônio.
     A inovação também poderá ter uma série de outros usos, incluindo a miniaturização de equipamentos de ressonância magnética, óculos de visão noturna e câmeras de satélites - todos esses equipamentos exigem sistemas de refrigeração de alta eficiência.
Os pesquisadores demonstraram a nova tecnologia de refrigeração a laser usando a luz para baixar a temperatura de um semicondutor de 20º C para -20º C.
     Embora lasers já sejam usados para resfriar experimentos quânticos até temperaturas criogênicas, o princípio nunca havia sido demonstrado em semicondutores, o que abre as portas para sua utilização em macroescala. Escolhendo cuidadosamente a frequência do laser é possível extrair energia mecânica do material por meio da luz que se reflete nele.
     A energia é extraída na forma de fónons, "partículas" associadas com oscilações mecânicas, assim como os fótons são associados com oscilações eletromagnéticas - os fónons são aniquilados durante um fenômeno conhecido como luminescência anti-Stokes. O sistema é mais simples do que outra abordagem da refrigeração óptica a laser demonstrada anteriormente.

Refrigeração óptica

Embora mais do que adequado para os sistemas de ar-condicionado domésticos e industriais, os pesquisadores querem levar a tecnologia ao extremo, atingindo temperaturas de -269º C, que hoje são atingidas usando hélio líquido.
“Nossos resultados iniciais, publicados na Nature, mostraram que é possível resfriar um semicondutor a laser até a temperatura do nitrogênio líquido, e nós queremos alcançar uma temperatura ainda mais baixa, como a do hélio líquido,” disse o Dr. Xiong Qihua, da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura.

“Se pudermos domar o poder da refrigeração a laser, isto vai significar que equipamentos médicos que exigem refrigeração extrema, como as máquinas de ressonância magnética, que usam hélio líquido, poderão jogar fora seus enormes sistemas de refrigeração e substituí-los por um sistema de refrigeração óptica,” afirmou Xiong.
Bibliografia:

Jun Zhang, Dehui Li, Renjie Chen, Qihua Xiong, Laser cooling of a semiconductor by 40 kelvin. Nature, Vol.: 493, 504-508. DOI: 10.1038/nature11721

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