Publicado
6 de maio de 2009
[ UCLA physicists create world’s smallest incandescent lamp ]
Por Mike Rodewald
5/6/2009 1:15:00 PM
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Concepção artística das duas técnicas usadas para “ver” a lâmpada de nano-tubo de carbono: microscopia com luz visível (em cima) e microscópio eletrônico (ao meio)
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Em um esforço para explorar a fronteira entre a termodinâmica e a mecânica quântica — duas teorias fundamentais, mas aparentemente incompatíveis, da física — um equipe do Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) criou a menor lâmpada incandescente do mundo.
A equipe, liderada por Chris Regan, membro do Instituto de NanoSistemas da UCLA, e que inclui Yuwei Fan, Scott Singer e Ray Bergstrom, publicou os resultados de suas pesquisas na edição online de 5 de maio da revista Physical Review Letters.
Termodinâmica, a joia da coroa da física do século XIX, diz respeito a sistemas com muitas partículas. A mecânica quântica, desenvolvida no século XX, funciona melhor quando aplicada a umas poucas partículas.
A equipe da UCLA está usando sua minúscula lâmpada para estudar a lei da radiação do corpo negro de Max Planck, que foi enunciada em 1900 usando princípios que, agora sabemos, são pertencentes a ambas as teorias.
A lâmpada incandescente utiliza um filamento feito de um único nano-tubo de carbono com apenas 100 átomos de espessura. Para o olho desassistido, o filamento é completamente invisível quando a lâmpada está apagada, mas aparce como um pequeno ponto luminoso quando a lâmpada é ligada. Mesmo com o melhor microscópio óptico, fica na faixa extrema de resolução o comprimento diferente de zero do filamento. Para imagear a verdadeira estrutura do filamento, a equipe usa um microscópio eletrônico capaz de obter definição na escala atômica.
Com menos de 20 milhões de átomos, o filamento de nano-tubo é tanto grande o suficiente para a aplicação das hipóteses estatísticas da termodinâmica, como é pequeno o suficiente para ser considerado um sistema molecular, ou seja, regido pela mecânica quântica.
“Já que tanto o tópico (radiação de corpo negro) e a escala de tamanho (nano) ficam na fronteira entre as duas teorias, nós achamos que esse é um sistema bastante promissor para a exploração”, diz Regan. “O nano-tubo de carbono que é usado como filamento na lâmpada é ideal para o propósito por causa de sua pequenez e sua extraordinária estabilidade de temperatura”.
Os nano-tubos de carbono só foram descobertos em 1991, mas usar filamentos de carbono em uma lâmpada não é novidade. As lâmpadas originais de Thomas Edison usavam filamentos de carbono. A lâmpada da equipe de pesquisa da UCLA é muito semelhante à de Edison, exceto que seu filamento é 100.000 vezes mais estreito e 10.000 vezes mais curto, com um volume total de um centémo de trilionésimo daquela de Edison.
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