Physics News Update nº 815
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 815, de 16 de março de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE
A FÍSICA E O PROGRESSO. Por que fazer ciência? Para aprender mais acerca do universo e melhorar as condições materiais e intelectuais das pessoas. O recentemente encerrado encorntro da Sociedade Americana de Física (APS), em março, foi um grande palco para a exposição de novas idéias fundamentais em física e, também, para mostrar como essas idéias podem ser conduzidas a produzir benefícios comerciais práticos. Aqui vão três exemplos:
1. Metamateriais. A arquitetura desses materiais usinados em nanoescala, feitos de pequeninos componentes na forma de anéis, faixas e hastes, serve para aumentar a interação magnética entre a luz e a matéria. Isso leva o material a ter um índice negativo de refração e, conseqüentemente, várias novas propriedades ópticas. Uma meta prática da pesquisa de óptica de índice negativo é a “superlente” (“superlensing”), um processo no qual um fino painel plano de metamaterial seria capaz de obter uma imagem de um objeto com uma resolução espacial melhor do que o comprimento de onda da luz incidente. Desde que os metamateriais foram obtidos em laboratório pela primeira vez para luz na faixa das microondas, os físicos têm procurado o comportamento de índice negativo para comprimentos de onda cada vez mais curtos. Para conseguir uma condição de índice negativo, a permissividade elétrica do material (uma medida da resposta do material a um campo elétrico aplicado) tem que ser negativa e, em alguns casos, sua permeabilidade magnética (uma medida da resposta do material a um campo magnético aplicado). [Para maiores informações sobre esses parâmetros e os primeiros relatos sobre metamateriais ver http://www.aip.org/pnu/2000/split/pnu476-1.htm]. No encontro da semana passada da APS Vladmir Shalaev (Universidade Purdue) relatou um material de índice negativo que funciona no comprimento de onda de 770 nm (no final do espectro de luz visivel), o comprimento de onda mais curto jamais observado para um material singelamente-negativo (permissividade negativa) e que o mesmo material (mas com uma diferente polarização da luz) funciona em um comprimento de onda de 815 nm, o comprimento de onda mais curto jamais observado para um material duplamente-negativo (permissividade e permeabilidade ambas negativas). Ver o artigo de Shalaev em Nature Photonics, janeiro de 2007.
2. Grafeno, essencialmente folhas de Carbono com um átomo de espessura, apresentados, no ano passado, por apenas uns poucos grupos; agora são dúzias. As razões para isto são as propriedades mecânicas e elétricas adaptáveis do Grafeno e o comportamento extremamente pouco usual de elétrons que se movem em um ambiente de Grafeno: pode-se aumentar a energia do elétron, mas não se pode aumentar sua velocidade. É como se os elétrons estivessem agindo como ondas luminosas de baixa velocidade. Pablo Jarillo-Herrero (Universidade de Columbia) relatou os mais recentes desenvolvimentos nessa área que avança rapidamente; a resistividade do material muda de acordo com a espessura das faixas, o que significa que as propriedades semicondutoras do Grafeno podem ser modeladas para se ajustarem a cada aplicação. Ele igualmente apresentou um sumário dos recentes progressos neste campo, inclusive a observação de transistores supercondutivos de Grafeno (Delft), folhas de Grafeno levitantes, um Efeito Hall a temperatura ambiente e transistores de elétron-singelo de Grafeno, funcionando a temperatura ambiente (Manchester).
3. Diodos emissores de luz (Light-Emitting Diode = LED). Saindo dos dois novos tópicos – metamateriais e Grafeno – para um campo mais amadurecido – a produção de luz pela combinação de buracos e elétrons dentro de uma junção semicondutora – verificamos que consideráveis passos adiante ainda são possíveis. George Craford (Lumileds/Philips) descreveu um novo LED de luz branca que estabelece um novo recorde, com uma corrente de entrada de 350 mA. O dispositivo de um milímetro quadrado produziu luz a uma taxa de 115 lumens por Watt, representando a primeira vez que um dispostivo excedeu a marca de de 100 Lm/W. Os LEDs, por causa de sua eficiência energética e capacidade de concentração, já são usados frequentemente em luzes de tráfego, luzes de freios e iluminação de edifícios. Craford predisse que alguns LEDs deverão ser usados em flashes para telefones celulares, em luzes diurnas para automóveis e (mais tarde, neste ano) em faróis de automóveis.
TRANSMISSÃO SEM-FIO DE CÓDIGO QUÂNTICO, cobrindo uma distância de 144 km entre duas das Ilhas Canárias, foi demonstrada por uma equipe de pesquisadores na Europa. No encontro de março da APS, Anton Zeilingeer da Universidade de Viena descreveu como ele e seus colegas transmitiram fótons singelos de um observatório astronômico na Ilha de La Palma para outro em Tenerife. Os estados de polarização dos fótons transmitidos (representando “0” e “1”) formaram a base de uma “chave quântica”, uma corrente de informação que poderia ser usada para decifrar uma mensagem criptografada mais longa. Os pesquisadores usaram fótons singelos porque eles são mais seguros do que grupos de fótons, dos quais um bisbiloteiro poderia “pescar” informações sobre a chave. Para detectar ainda melhor os eventuais bisbilhoteiros, os pesquisdores entrelaçaram as partículas de luz emitidas com fótons mantidos na estação transmissora. Eles usaram estações astronômicas porque seus telescópios são sensíveis o suficiente para detectar fótons individuais. A taxa de transmissão de dados foi baia, somente 178 fótons em 75 segundos, mas os fótons são capazes de viajar por distâncias mais longas no espaço livre (potencialmente milhares de km ou mais) do que o podem fazer em cabos de fibra óptica (100 km) antes de se tornarem indetectáveis. Em uma experiência a ser coordenada pela Agência Espacial Européia (ESA, que opera o telescópio de Tenerife e que participou da experiência nas Ilhas Canárias), a Estação Espacial Internacional pode transmitir uma chave entrelaçada para duas estações em Terra, separadas por distâncias dez ou mais vezes mais separadas. (Para um preprint, ver Ursin et al., quant-ph/0607182)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
A FÍSICA E O PROGRESSO. Por que fazer ciência? Para aprender mais acerca do universo e melhorar as condições materiais e intelectuais das pessoas. O recentemente encerrado encorntro da Sociedade Americana de Física (APS), em março, foi um grande palco para a exposição de novas idéias fundamentais em física e, também, para mostrar como essas idéias podem ser conduzidas a produzir benefícios comerciais práticos. Aqui vão três exemplos:
1. Metamateriais. A arquitetura desses materiais usinados em nanoescala, feitos de pequeninos componentes na forma de anéis, faixas e hastes, serve para aumentar a interação magnética entre a luz e a matéria. Isso leva o material a ter um índice negativo de refração e, conseqüentemente, várias novas propriedades ópticas. Uma meta prática da pesquisa de óptica de índice negativo é a “superlente” (“superlensing”), um processo no qual um fino painel plano de metamaterial seria capaz de obter uma imagem de um objeto com uma resolução espacial melhor do que o comprimento de onda da luz incidente. Desde que os metamateriais foram obtidos em laboratório pela primeira vez para luz na faixa das microondas, os físicos têm procurado o comportamento de índice negativo para comprimentos de onda cada vez mais curtos. Para conseguir uma condição de índice negativo, a permissividade elétrica do material (uma medida da resposta do material a um campo elétrico aplicado) tem que ser negativa e, em alguns casos, sua permeabilidade magnética (uma medida da resposta do material a um campo magnético aplicado). [Para maiores informações sobre esses parâmetros e os primeiros relatos sobre metamateriais ver http://www.aip.org/pnu/2000/split/pnu476-1.htm]. No encontro da semana passada da APS Vladmir Shalaev (Universidade Purdue) relatou um material de índice negativo que funciona no comprimento de onda de 770 nm (no final do espectro de luz visivel), o comprimento de onda mais curto jamais observado para um material singelamente-negativo (permissividade negativa) e que o mesmo material (mas com uma diferente polarização da luz) funciona em um comprimento de onda de 815 nm, o comprimento de onda mais curto jamais observado para um material duplamente-negativo (permissividade e permeabilidade ambas negativas). Ver o artigo de Shalaev em Nature Photonics, janeiro de 2007.
2. Grafeno, essencialmente folhas de Carbono com um átomo de espessura, apresentados, no ano passado, por apenas uns poucos grupos; agora são dúzias. As razões para isto são as propriedades mecânicas e elétricas adaptáveis do Grafeno e o comportamento extremamente pouco usual de elétrons que se movem em um ambiente de Grafeno: pode-se aumentar a energia do elétron, mas não se pode aumentar sua velocidade. É como se os elétrons estivessem agindo como ondas luminosas de baixa velocidade. Pablo Jarillo-Herrero (Universidade de Columbia) relatou os mais recentes desenvolvimentos nessa área que avança rapidamente; a resistividade do material muda de acordo com a espessura das faixas, o que significa que as propriedades semicondutoras do Grafeno podem ser modeladas para se ajustarem a cada aplicação. Ele igualmente apresentou um sumário dos recentes progressos neste campo, inclusive a observação de transistores supercondutivos de Grafeno (Delft), folhas de Grafeno levitantes, um Efeito Hall a temperatura ambiente e transistores de elétron-singelo de Grafeno, funcionando a temperatura ambiente (Manchester).
3. Diodos emissores de luz (Light-Emitting Diode = LED). Saindo dos dois novos tópicos – metamateriais e Grafeno – para um campo mais amadurecido – a produção de luz pela combinação de buracos e elétrons dentro de uma junção semicondutora – verificamos que consideráveis passos adiante ainda são possíveis. George Craford (Lumileds/Philips) descreveu um novo LED de luz branca que estabelece um novo recorde, com uma corrente de entrada de 350 mA. O dispositivo de um milímetro quadrado produziu luz a uma taxa de 115 lumens por Watt, representando a primeira vez que um dispostivo excedeu a marca de de 100 Lm/W. Os LEDs, por causa de sua eficiência energética e capacidade de concentração, já são usados frequentemente em luzes de tráfego, luzes de freios e iluminação de edifícios. Craford predisse que alguns LEDs deverão ser usados em flashes para telefones celulares, em luzes diurnas para automóveis e (mais tarde, neste ano) em faróis de automóveis.
TRANSMISSÃO SEM-FIO DE CÓDIGO QUÂNTICO, cobrindo uma distância de 144 km entre duas das Ilhas Canárias, foi demonstrada por uma equipe de pesquisadores na Europa. No encontro de março da APS, Anton Zeilingeer da Universidade de Viena descreveu como ele e seus colegas transmitiram fótons singelos de um observatório astronômico na Ilha de La Palma para outro em Tenerife. Os estados de polarização dos fótons transmitidos (representando “0” e “1”) formaram a base de uma “chave quântica”, uma corrente de informação que poderia ser usada para decifrar uma mensagem criptografada mais longa. Os pesquisadores usaram fótons singelos porque eles são mais seguros do que grupos de fótons, dos quais um bisbiloteiro poderia “pescar” informações sobre a chave. Para detectar ainda melhor os eventuais bisbilhoteiros, os pesquisdores entrelaçaram as partículas de luz emitidas com fótons mantidos na estação transmissora. Eles usaram estações astronômicas porque seus telescópios são sensíveis o suficiente para detectar fótons individuais. A taxa de transmissão de dados foi baia, somente 178 fótons em 75 segundos, mas os fótons são capazes de viajar por distâncias mais longas no espaço livre (potencialmente milhares de km ou mais) do que o podem fazer em cabos de fibra óptica (100 km) antes de se tornarem indetectáveis. Em uma experiência a ser coordenada pela Agência Espacial Européia (ESA, que opera o telescópio de Tenerife e que participou da experiência nas Ilhas Canárias), a Estação Espacial Internacional pode transmitir uma chave entrelaçada para duas estações em Terra, separadas por distâncias dez ou mais vezes mais separadas. (Para um preprint, ver Ursin et al., quant-ph/0607182)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
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