Antimagneto cria invisibilidade magnética

Com informações da PhysicsWorld - 12/08/2011

Qualquer campo magnético criado dentro da camuflagem - imagine um ímã permanente colocado lá dentro - não "vazaria" para o seu exterior, ou seja, fora da camuflagem seria como se o campo magnético daquele ímã não existisse. [Imagem: Sanchez et al.]

Camuflagem magnética

Pesquisadores espanhóis afirmam ser possível construir um manto da invisibilidade magnético.

Nesse novo tipo de camuflagem, um objeto continuaria tão visível quanto antes, mas seria imune aos campos magnéticos ao seu redor - ou, ao contrário, um campo magnético confinado pela camuflagem magnética não afetaria nada fora da própria camuflagem.

A "invisibilidade" magnética teria inúmeros usos práticos, sobretudo na construção de escudos para evitar a interferência em equipamentos críticos e em processos industriais que exigem ambientes magnéticos específicos.

Antimagneto

Alvaro Sanchez e seus colegas da Universidade Autônoma de Barcelona não chamam seu dispositivo de "camuflagem" ou "escudo", mas sim de antimagneto.

Segundo eles, o antimagneto, que poderia ser "facilmente construído" com metamateriais, teria duas propriedades básicas.

A primeira é que qualquer campo magnético criado dentro da camuflagem - imagine um ímã permanente colocado lá dentro - não "vazaria" para o seu exterior, ou seja, fora da camuflagem seria como se o campo magnético daquele ímã não existisse.

A segunda propriedade é que nem o antimagneto e nem a região coberta por ele seriam detectáveis usando um campo magnético externo.

A receita do antimagneto propõe o uso de camadas repetidas que intercalem metamateriais com resposta isotrópica a um campo magnético e metamateriais como uma resposta anisotrópica.

Receita de antimagneto

Em 2008, John Pendry e seus colegas do Imperial College London propuseram uma camuflagem magnética usando um metamaterial que tivesse uma permeabilidade magnética menor do que um em uma direção, e maior do que um na perpendicular do campo.

Supercondutores têm permeabilidade magnética igual a zero e materiais ferromagnéticos têm permeabilidade maior do que um.

Mas a receita não funcionou conforme o esperado, e a camuflagem só funcionou parcialmente.

A receita espanhola apresenta uma pequena variação, mas que os cientistas afirmam ser crucial para o sucesso.

A primeira camada, a mais interna, continua sendo feita de um material supercondutor, com sua permissividade magnética igual a 0. A camada seguinte será feita de um material ferromagnético isotrópico, com permeabilidade constante.

Segundo os cientistas, esta camada poderá ser fabricada com nanopartículas ferromagnéticas dispersas em um meio não-magnético.

A camada final deverá ser anisotrópica, mas apresentar uma permeabilidade radial constante.

Nessa configuração, o antimagneto será cilíndrico, mas o grupo afirma que ele poderá ser construído em outras geometrias.

Interruptor de campo magnético

O uso de Supercondutores - e suas temperaturas criogênicas - complica um pouco os usos práticos dessa camuflagem magnética, mas os cientistas afirmam que os antimagnetos poderiam ser usados imediatamente em equipamentos de ressonância magnética, que já usam ímãs supercondutores.

Nesse caso, o antimagneto permitiria que pacientes portadores de marca-passos e outros implantes com partes eletroeletrônicas pudessem ter acesso a esses equipamentos e se beneficiar dos exames médicos que eles proporcionam.

Eles afirmam também que a alteração da temperatura de funcionamento do antimagneto, fazendo-a oscilar abaixo e acima da temperatura crítica para a supercondução, permitirá que o magnetismo de uma região seja ligado e desligado conforme a necessidade, abrindo o caminho para outros usos.

Bibliografia:

Antimagnets: Controlling magnetic fields with superconductor-metamaterial hybrids
Alvaro Sanchez, Carles Navau, Jordi Prat, Du-Xing Chen
arXiv
Jul 2011
http://arxiv.org/abs/1107.1647

Bactéria produz nanofios "quase metálicos"

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/08/2011

Ceticismo

Em 2005, a equipe do Dr.Derek Lovley anunciou a descoberta de uma forma detransmissão bacteriana de eletricidade que poderia revolucionar as células a combustível.

A bactéria forma projeções, minúsculos filamentos que se assemelham aos nanofios artificiais, sendo capaz de capturar os elétrons que o organismo precisa para viver.

A descoberta, contudo, não foi muito bem recebida por seus pares: os tais nanofios bacterianos foram maldosamente chamados de "super tentáculos" e a pesquisa enfrentou um enorme ceticismo.

De fato, é para impressionar: o que a Geobacter sulfurreducens faz com seus nanofios equivale a um mergulhador respirar com um snorkel de 10 quilômetros de comprimento.

Biológico com comportamento metálico

Agora, contudo, a equipe da Universidade de Massachusetts não precisará de um snorkel para respirar aliviada.

Eles finalmente identificaram o mecanismo que permite que a bactéria transfira os elétrons como se fosse um fio.

Caprichosamente, para desespero dos céticos, o achado é ainda mais impressionante: os "tentáculos" da G. sulfurreducens possuem filamentos de proteína que transportam elétrons como se fossem fios metálicos.

"A capacidade dos filamentos de proteína conduzirem elétrons dessa maneira é uma mudança de paradigma na biologia e tem ramificações para o nosso entendimento dos processos microbianos naturais, assim como implicações práticas para a limpeza do meio ambiente e para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia," comemora o Dr. Lovley.

Talvez mais do que isso. Fios condutores bacterianos podem representar uma ferramenta de valor inestimável para a nanotecnologia e a bioeletrônica, criando circuitos que façam interfaces com sistemas biológicos e circuitos eletrônicos que dispensem muitos dos nanomateriais tóxicos.

Condução sem saltos

O que os cientistas descobriram agora é que as cadeias de proteínas conduzem os elétrons ao longo do seu comprimento, o que permite que elas sejam tão boas condutoras de eletricidade quanto os polímeros condutores usados pela emergenteeletrônica orgânica.

Até agora se acreditava que a transferência de elétrons nas bactérias se fizesse por meio de outras proteínas, conhecidas como citocromos - os elétrons iriam pulando de citocromo em citocromo.

Os pesquisadores desbancaram essa hipótese eliminando os citocromos do filamento, demonstrando que os elétrons movem-se de forma suave, sem qualquer salto. A geobactéria funciona de fato como um fio metálico biológico.

Na natureza, a geobactéria usa seus nanofios microbianos para transferir elétrons para óxidos ferrosos, materiais naturais semelhantes à ferrugem. Esses óxidos são o oxigênio dessas bactérias.

Transístor biológico

Muitos dos nanomateriais produzidos hoje dependem de metais raros e caros. Os cientistas agora demonstraram que a geobactéria é uma alternativa natural e barata.

Eles demonstraram que é possível ajustar o nível de transmissão elétrica dos nanofios aplicando uma tensão externa - ou seja, em princípio, o biofilme pode funcionar como um transístor biológico.

"Eu vejo os nanofios nesse biofilme como um novo material, apenas com o detalhe de que ele é feito pela natureza," disse o físico Mark Tuominen, que participou da pesquisa.

"É entusiasmante que esse material possa fazer a ponte entre a eletrônica de estado sólido e os sistemas biológicos. Ele é biocompatível de uma forma nunca vista antes," conclui.

Bibliografia:

Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks
Nikhil S. Malvankar, Madeline Vargas, Kelly P. Nevin, Ashley E. Franks, Ching Leang, Byoung-Chan Kim, Kengo Inoue, Tünde Mester, Sean F. Covalla, Jessica P. Johnson, Vincent M. Rotello, Mark T. Tuominen, Derek R. Lovley
Nature Nanotechnology
7 August 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2011.119

Luz se propaga como se o espaço tivesse sumido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/08/2011

O espaço sumiu

Um grupo internacional de cientistas construiu uma nanoestrutura óptica que permite que a luz passe através dela sem nenhuma mudança de fase.

É como se o meio no qual a luz está viajando não existisse no espaço.

Se já é difícil para a intuição humana imaginar a eternidade - o não-tempo, que é muito diferente de um tempo muito longo - é praticamente impossível abstrair inteiramente do espaço, imaginando algo que não esteja em lugar nenhum.

Foi mais ou menos isso que os pesquisadores fizeram, criando um "não-espaço" para que a luz viaje sem qualquer distorção - e não imagine que seja algo tão simples quanto o vácuo, que está sempre espacialmente circunscrito.

E o dispositivo poderá ter aplicações práticas, podendo ser útil no campo da optoeletrônica, por exemplo, como uma forma de transportar sinais ópticos evitando qualquer distorção.

Metamaterial fotônico

Sempre que a luz viaja, qualquer que seja o meio que ela esteja atravessando, ela sofre uma mudança de fase, na medida que suas oscilações individuais se tornam defasadas umas em relação às outras.

Em algumas aplicações ópticas - por exemplo, nos interferômetros - essas variações de fase causam uma dispersão de frequências, levando a distorções de fase que, em última instância, reduzem a qualidade do sinal.

Agora os pesquisadores descobriram uma forma de controlar a dispersão da luz, usando um metamaterial, o mesmo tipo de estrutura artificial usada para fazer osmantos de invisibilidade.

O aparelho inclui cristais fotônicos com um índice negativo de refração, algo que não ocorre na natureza, mas que se tornou bastante comum com o advento dos metamateriais.

Esses cristais fotônicos artificiais são alternados com cristais comuns, com índice de refração positiva. Cada camada tem cerca de dois micrômetros de espessura.

Esquema do comportamento da luz no interior do metamaterial, contido dentro de um interferômetro Mach-Zehnder. [Imagem: UCL]

A luz que atravessa o material através do cristal fotônico flui na direção oposta do fluxo de energia.

O resultado é que a fase da luz continua oscilando quando sai do dispositivo, mas com uma mudança de fase de soma zero - o que equivale dizer, sem alteração de fase, como se a luz não tivesse atravessado meio nenhum.

Retardo de fase zero

"O que nós vimos é que a luz se dispersa através do material como se o espaço interior não estivesse lá," comenta o Dr. Serdar Kocaman, da Universidade de Colúmbia. "A fase oscilatória da onda eletromagnética nem mesmo avança como se estivesse no vácuo - é isso o que chamamos de retardo de fase zero."

O dispositivo foi fabricado usando pastilhas de silício, como as usadas na fabricação de processadores e outros chips, o que significa que ele poderá ser integrado em circuitos optoeletrônicos.

"Nós agora podemos controlar o fluxo da luz, a coisa mais rápida que conhecemos," comenta Chee Wei Wong, principal autor da descoberta. "Isso pode permitir [a criação de] feixes de luz autofocantes, antenas altamente direcionais, e até mesmo uma outra abordagem para encobrir ou ocultar objetos."

Bibliografia:

Zero phase delay in negative-refractive-index photonic crystal superlattices
S. Kocaman, M. S. Aras, P. Hsieh, J. F. McMillan, C. G. Biris, N. C. Panoiu, M. B. Yu, D. L. Kwong, A. Stein, C. W. Wong
Nature Photonics
Vol.: 5, Pages: 499-505 (2011)
DOI: 10.1038/nphoton.2011.129

DNA seleciona nanotubos para fabricação de fios quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/08/2011

Os cientistas desenvolveram uma fita de DNA com afinidade com o tipo particular de nanotubo útil para a fabricação de fios quânticos. [Imagem: Roxbury/Jagota/NIST]

Jeito de enrolar

Se o grafeno se parece com uma tela de galinheiro, um nanotubo de carbono nada mais é do que uma tela de galinheiro enrolada.

Mas o jeito de enrolar o grafeno é crítico para definir as propriedades dos nanotubos. Isto porque seu comportamento vai depender de como as bordas da folha se grafeno se encaixam para fechar o tubo.

E há inúmeras formas de encaixe possíveis, dependendo do ângulo que as linhas de hexágonos se encontram - o que os químicos chamam de quiralidade.

A maior parte dos encaixes resulta em nanotubos semicondutores, mas alguns se comportam como metais.

Fio quântico

Uma quiralidade específica forma o que os cientistas chamam de nanotubo "cadeira de braço" (armchair).

São esses nanotubos de carbono específicos que os físicos acreditam ser úteis para a fabricação de fios quânticos, uma versão futurista dos cabos de energia atuais.

Calcula-se que os fios quânticos serão capazes de transportar eletricidade 10 vezes melhor do que o cobre, com menos perda de energia e pesando seis vezes menos, revolucionando as linhas de transmissão de energia.

O problema é fabricá-los em os encaixes corretos. Hoje, os nanotubos são fabricados em lotes, que resultam em quantidades aleatórias das diversas quiralidades.

DNA e nanotubos

Xiaomin Tu e seus colegas do Instituto Nacional de Tecnologia e Padronização dos Estados Unidos foram buscar uma solução para isso na biologia, mais especificamente nas moléculas de DNA.

Os pesquisadores descobriram que fitas de DNA podem ser usadas para purificar os nanotubos, separando os tão interessantes "cadeira de braço" dos demais.

Se forem deixados soltos em solução, os nanotubos se aglomeram, formando uma pasta preta. Os cientistas têm usado diversos dispersantes para evitar essa aglomeração indesejada, incluindo polímeros, proteínas e mesmo moléculas de DNA.

O truque da equipe do Dr. Tu foi identificar uma fita de DNA com afinidade com o tipo particular de nanotubo que ele pretendia separar. Para isso, eles tiveram que submeter a molécula de DNA a diversas mutações, até que ela "evoluísse" para gostar de nanotubos cadeira de braço.

Ao encontrar seu nanotubo afim, a molécula de DNA se enrola ao seu redor.

Uma vez envelopados os nanotubos de uma solução, os cientistas usam técnicas comuns em química, como a cromatografia, para separá-los do restante da solução.

Bibliografia:
Evolution of DNA sequences towards recognition of metallic armchair carbon nanotubes
Xiaomin Tu, Angela R. Hight Walker, Constantine Y. Khripin, Ming Zheng
Journal of the American Chemical Society
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/ja205407q

Teoria dos Multiversos: dados não confirmam e nem descartam

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/08/2011

A imagem mostra as assinaturas de colisões entre bolhas em vários estágios da análise. Uma colisão (no alto à esquerda) induz uma modulação de temperatura na radiação cósmica de fundo (no alto à direita). A bolha associada com a colisão é identificada por uma forte resposta (embaixo à esquerda) e a presença de uma fronteira é mostrada por uma forte resposta pelo algoritmo de detecção de bordas (embaixo à direita). [Imagem: Peiris et al.

Se você observar o modelo do Big Bang, que procura explicar o surgimento do Universo, vai se deparar com a questão da "fronteira do universo", onde estariam os resquícios que primeiro se afastaram da explosão inicial.

Muitos físicos lidam com a questão falando não "do Universo", mas do "nosso universo". Para eles, existem inúmeros outros universos, cada um existindo dentro de sua própria "bolha cósmica".

Cada um desses universos poderá ter físicas distintas, ou seja, diferentes constantes fundamentais e diferentes leis da física.

Uma decorrência imediata dessa teoria é que as bolhas necessariamente tocam umas nas outras. E, se tocam, deve haver alguma forma de detectar sinais dessas "colisões universais".

Como procurar por outros universos

Agora, pela primeira vez, uma equipe de cientistas está tentando testar experimentalmente essa teoria.

Dois artigos publicados nas principais revistas de física do mundo detalharam propostas de como procurar assinaturas de outros universos, diferentes da ainda controversa teoria do fluxo escuro.

Os pesquisadores estão procurando padrões em formato de disco, que se formariam pelo contato entre duas bolhas.

Para eles, esses padrões deveriam aparecer na radiação cósmica de fundo, uma radiação na faixa de micro-ondas que permeia todo o universo, e que os cientistas acreditam ser o eco do Big Bang.

Além da dificuldade de rastrear todo o céu, é necessário identificar padrões em formato de disco e demonstrar que eles não são apenas padrões aleatórios, do tipo "você vê o quer ver se olhar tempo suficiente" para alguma coisa - lembre-se das figuras que se formam nas nuvens ou do "rosto" na superfície de Marte.

Uma equipe britânica acredita ter encontrado uma solução segura para fazer isso.

Marcas na radiação cósmica de fundo

"Procurar por marcas de colisão, de todos os raios possíveis, em qualquer lugar do céu, é um problema estatístico e computacional muito difícil," comenta a Dra. Hiranya Peiris, da Universidade College London. "Mas foi isto que capturou minha curiosidade."

Em vez de confiar nos facilmente enganáveis olhos humanos, eles desenvolveram um algoritmo com regras muito estritas, que procura padrões em uma imagem, eliminando aqueles que se devem ao mero acaso.

A imagem analisada é a da radiação cósmica de fundo, feita pela sonda espacial WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), que fez o primeiro mapa do Universo primitivo.

Pistas não conclusivas

Os resultados não foram conclusivos: eles encontraram quatro possíveis sinais de colisão com outros universos, quatro formações esféricas no céu que, segundo seus modelos matemáticos, não podem ser atribuídos ao acaso.

Estatisticamente, os resultados não são consistentes o suficiente nem para confirmar a teoria dos multiversos e nem para descartá-la.

Mas, segundo eles, a sonda WMAP da NASA não é a última palavra em termos de radiação cósmica de fundo.

O telescópio espacial Planck, da agência espacial europeia, já está rastreando o céu, e deverá gerar um mapa muito mais preciso.

Os cientistas planejam esperar por esse mapa e então rodar seus programas sobre seus dados. Só então, afirmam eles, algo "definitivo" poderá ser dito sobre a teoria dos outros universos.

Existirão vidas em outros universos?

Bibliografia:

First Observational Tests of Eternal Inflation: Analysis Methods and WMAP 7-Year Results
Stephen M. Feeney, Matthew C. Johnson, Daniel J. Mortlock, Hiranya V. Peiris
Physical Review D
August, 2011
Vol.: Accepted paper

First observational tests of eternal inflation
Stephen M. Feeney, Matthew C. Johnson, Daniel J. Mortlock, Hiranya V. Peiris
Physical Review Letters
August, 2011
Vol.: Accepted paper

Colisões entre universos