Eletromecânica também funciona em nanoescala

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2011

Um nanotubo de carbono vibra como uma corda de violão. Essas oscilações influenciam as propriedades do sistema se um campo magnético (H) for usado para acoplar o movimento mecânico do nanotubo com a corrente elétrica que passa através dele.[Imagem: Gustav Sonne/University of Gothenburg]

Físicos da Universidade de Gotemburgo, na Suécia, demonstraram que os princípios eletromecânicos - largamente explorados em equipamentos à nossa volta - são igualmente válidos em escala nanométrica.

Isto vai permitir a miniaturização ainda maior de dispositivos como os acelerômetros que acionam os airbags de automóveis ou os giroscópios, que já equipam até alguns telefones celulares, entre várias outras possibilidade

Mas, principalmente, vai permitir a  incorporação de nanoestruturas - como os nanotubos de carbono, os nanofios ou mesmo as folhas de grafeno - em dispositivos que poderão ser controlados ou controlar equipamentos eletrônicos de uso diário.

Mecânica quântica e mecânica clássica

Embutidos no conforto do nosso dia-a-dia, já usamos uma série de componentes microeletromecânicos - os chamados MEMS - na forma de bússolas, acelerômetros, sensores e diversos outros.

A descoberta agora abre caminho para os NEMS (NanoElectroMechanical Systems: sistemas nanoeletromecânicos).

O que todos esses minúsculos aparelhos têm em comum é que eles combinam propriedades mecânicas e eletrônicas, a fim de reagir a estímulos externos.

A descoberta dos pesquisadores suecos não apenas abre a possibilidade de que esses equipamentos sejam reduzidos à dimensão nanométrica, como também garante que as propriedades dos materiais em nanoescala, governados pelas leis da mecânica quântica, sejam diretamente exploradas por aparelhos em escala macro, governados pelas leis da mecânica clássica.

Materiais em nanoescala, governados pelas leis da mecânica quântica, poderão ser diretamente acoplados a aparelhos em escala macro, governados pelas leis da mecânica clássica. [Imagem: Gustav Sonne]

Usos imediatos e futuristas

Essas máquinas nanométricasviabilizarão a construção de sensores capazes de fazer medições com uma sensibilidade sem precedentes - por exemplo, nano-osciladores ultra-sensíveis, capazes de detectar massas até mesmo de moléculas ou átomos individuais.

Isso pode ser altamente interessante para o mapeamento dos spins dos elétrons e dos núcleos atômicos, o que, por sua vez, pode ser usado em aparelhos de ressonância magnética com uma resolução sem precedentes, na substituição da eletrônica pela spintrônica ou em computadores quânticos.

Nano-oscilador

A razão pela qual esses sistemas em nanoescala são tão sensíveis a estímulos externos advém basicamente das suas dimensões diminutas.

Normalmente, a frequência com que um ressonador mecânico oscila varia inversamente com as suas dimensões. Ou seja, diminuindo o tamanho do oscilador implica em aumentar a frequência mecânica.

Ao passar da dimensão dos MEMS (micro) para a dimensão dos NEMS (nano) é possível atingir frequências de até 10 GHz, o que gera respostas muito rápidas a forças externas.

Os pesquisadores usaram nanotubos de carbono em seus experimentos, demonstrando a sua possibilidade de combinar com a física clássica as propriedades únicas dessas nanoestruturas.

Bibliografia:

Mesoscopic phenomena in the electromechanics of suspended nanowires
Gustav Sonne
May 2011
http://gup.ub.gu.se/gup/record/index.xsql?pubid=139172