Fosforeno apresenta vibrações que alteram a luz

Com informações da Agência Fapesp -  18/07/2016

As cores na borda superior da amostra de fosforeno indicam a intensidade de vibração dos átomos, que é maior nas áreas em vermelho, e menor, nas áreas azuladas. [Imagem: MackGraphe]

Fosforeno

Um grupo de físicos brasileiros observou pela primeira vez como os átomos vibram nas bordas de um material de dimensões nanométricas feito exclusivamente a partir do elemento químico fósforo.

Conhecido como fosforeno, ou fósforo negro, esse material não é encontrado na natureza. Ele foi sintetizado pela primeira vez em 1914, mas suas propriedades com potencial aplicação em nanotecnologia só começaram a ser descobertas dois anos atrás, exatamente um século mais tarde.

Em 2014, uma equipe holandesa mostrou que o fósforo negro em camadas monoatômicas poderia ser usado em células solares.

Hoje já se sabe que essa possibilidade de uso é bem maior, e se ampliou agora com a demonstração de que o fosforeno possui uma característica em suas bordas que lembra a forma como funcionam os promissoresisolantes topológicos, que também têm propriedades na superfície e propriedades diferentes no interior do material.

Reemissão de luz

Henrique Ribeiro e seus colegas observaram uma anomalia no padrão de vibrações que jamais havia sido observada em blocos tão diminutos de fósforo negro - nem em outros materiais com dimensões nanométricas, como o grafeno.

"As bordas do grafeno apresentam algumas propriedades peculiares, mas as vibrações atômicas são iguais às do restante do cristal. Observamos algo novo no fósforo negro," disse o professor Christiano de Matos, um dos coordenadores do trabalho.

Ao fazer feixes de laser incidirem sobre amostras de fósforo negro compostas de diferentes números de camadas atômicas, com espessura variando de 6 a 300 nanômetros, Henrique observou que parte dessa luz é absorvida e parte é espalhada pelos átomos do material. A luz absorvida fornece energia para os átomos vibrarem, alterando as propriedades - em especial, a frequência e a polarização - da luz espalhada.

Ou seja, o material altera a luz que incide sobre ele, reemitindo-a em outras cores e polarizações, o que potencialmente pode ser muito útil em componentes que lidam com a luz em dimensões nanométricas, como os chips fotônicos.

Vibrações nas bordas

Com base em simulações computadorizadas, os físicos concluíram que, nas bordas do fosforeno, os átomos oscilam de maneira específica, diferente daquela dos átomos do restante do material. Essas vibrações de borda apareceram em todas as amostras, independentemente de sua espessura.

Experimentos semelhantes ao feito agora com o fósforo negro já haviam sido realizados com o grafeno e mostrado que, embora seus átomos vibrem da mesma maneira tanto na borda como em seu interior, a luz espalhada nas bordas deste material pode apresentar frequência diferente da espalhada por seu miolo.

A vibração dos átomos viaja pelo material na forma de ondas, chamadas fônons. No grafeno, a borda funciona como um espelho em que a onda bate e volta refletida. É essa reflexão que modifica a frequência da luz espalhada. Já no fósforo negro, a vibração diferente é explicada por um leve deslocamento dos átomos na borda das camadas de fosforeno. "No fosforeno, os átomos da borda têm uma posição de equilíbrio diferente da dos átomos do meio do material", conta Matos. "Isso os faz vibrar de modo distinto."

A capacidade de conduzir eletricidade e de emitir e absorver luz de diversas cores, tornam o fosforeno mais interessante do que o grafeno para aplicações de nanofotônica. [Imagem: H. B. Ribeiro et al. - 10.1038/ncomms12191]

Superior ao grafeno?

Segundo Matos, por ora é difícil dizer se essas alterações na vibração podem ajudar ou atrapalhar o projeto de um dispositivo nanotecnológico, como um transístor ou um sensor de luz: "O que se torna claro é que o projeto de qualquer dispositivo terá de levar essas vibrações de borda em consideração."

Na escala dos nanômetros (milionésimos de milímetros), as vibrações atômicas estão estreitamente relacionadas a várias propriedades dos materiais, em especial, à dissipação de calor. "São as vibrações que carregam o calor de um lado para outro do material", explica o físico.

Desde que as primeiras propriedades com potencial uso em nanotecnologia do fosforeno começaram a ser identificadas, em 2014, vem chamando a atenção dos pesquisadores a capacidade do material de conduzir eletricidade e, principalmente, a de emitir e absorver luz em vários comprimentos de onda - várias cores -, propriedade que varia segundo a espessura do cristal de fósforo negro. São essas propriedades que podem tornar o seu uso mais vantajoso do que o do grafeno em nanofotônica.

Bibliografia:

Edge phonons in black phosphorus
H. B. Ribeiro, C. E. P. Villegas, D. A. Bahamon, D. Muraca, A. H. Castro Neto, E. A. T. de Souza, A. R. Rocha, M. A. Pimenta, C. J. S. de Matos
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12191
DOI: 10.1038/ncomms12191

Eletrônica atômica atinge dimensões práticas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/07/2016

A nova técnica gerou circuitos eletrônicos práticos com vários centímetros de comprimento. [Imagem: Mervin Zhao et al. - 10.1038/nnano.2016.115]

Eletrônicos feitos quimicamente

Em um avanço que ajuda a abrir o caminho para uma nova geração de eletrônicos e tecnologias de computação - e, possivelmente, aparelhos finos como papel -, engenheiros desenvolveram uma maneira de montar transistores e circuitos com apenas alguns átomos de espessura.

Em vez da tradicional litografia usada pela indústria eletrônica, os componentes e circuitos são montados quimicamente.

Melhor ainda, a técnica gera estruturas funcionais em uma escala grande o suficiente para que se comece a pensar em aplicações realistas e escalabilidade comercial.

"Este é um grande passo rumo a uma forma escalável e repetível para construir eletrônicos com espessura atômica ou acondicionar mais poder de computação em uma área menor," disse o professor Xiang Zhang, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos EUA.

Computador atômico

A nova técnica química permite controlar a síntese de um transístor no qual estreitos canais são entalhados no grafeno. Nesses canais é crescido um cristal de um material semicondutor conhecido como "metal de transição dicalcogeneto", ou TMDC (transition-metal dichalcogenide) - esses materiais são mais conhecidos como molibdenita, mas pertencem a essa classe odissulfeto de molibdênio (MoS2) e o dissulfeto de tungstênio (WS2).

Os dois materiais são cristais de uma única camada e atomicamente finos, de forma que o circuito eletrônico resultante é essencialmente bidimensional. Na horizontal, a síntese consegue cobrir uma área de vários centímetros de comprimento e alguns milímetros de largura, várias ordens de grandeza maiores do que os experimentos anteriores.

Estrutura mostrando como os cristais de molibdenita (MoS2) ligam-se aos cristais de grafeno (hexágonos cinza). [Imagem: Berkeley Lab]

A aplicabilidade prática da nova técnica foi demonstrada com a montagem de um circuito lógico conhecido como inversor. De acordo com a equipe, isso reforça ainda mais a capacidade da tecnologia para estabelecer as bases para construir quimicamente um computador com circuitos de dimensões atômicas.

"Os dois cristais bidimensionais foram sintetizados na escala de wafer de uma forma que é compatível com a atual manufatura de semicondutores. Integrando nossa técnica com outros sistemas de crescimento [de cristais], é possível que a computação do futuro possa ser feita completamente com cristais atomicamente finos," diz Mervin Zhao, principal idealizador da técnica.

Bibliografia:

Large-scale chemical assembly of atomically thin transistors and circuits
Mervin Zhao, Yu Ye, Yimo Han, Yang Xia, Hanyu Zhu, Siqi Wang, Yuan Wang, David A. Muller, Xiang Zhang
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.115

Chapas planas vão pipocar em objetos 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/07/2016

Os recortes feitos na chapa por uma cortadeira a laser transformam um plástico comum em um material auxético. [Imagem: Mina Konakovic]

Sem prensa

Em milhares de fábricas ao redor do mundo, chapas planas de aço, alumínio e outros metais são transformadas em objetos 3D por prensas capazes de exercer toneladas de pressão nessas chapas posicionadas contra um molde.

Mas tudo isso pode ser muito mais sutil, gastar menos energia e menos matéria-prima, e ainda gerar objetos 3D sem danos estruturais.

Keenan Crane, da Universidade Carnegie Mellon (EUA), e Mina Konakovic, do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça, desenvolveram uma ferramenta que permite transformar chapas planas - de metais ou de plásticos - em objetos 3D com incrível precisão.

Auxéticos deformáveis

A técnica consiste em recortar partes da chapa, fazendo furos com formatos precisos e perfeitamente posicionados para cada objeto 3D que se quer construir.

Com a geometria precisa dos recortes, as chapas passam a se expandir uniformemente em duas dimensões quando tensionadas - para comparação, quando se puxa as extremidades de uma borracha, ela estica no comprimento, mas estreita na largura - em termos técnicos, a chapa passa a ter características dos chamados materiais auxéticos.

Desta forma, ao se tensionar a chapa já recortada, ela naturalmente se ajusta e se projeta para formar o objeto em três dimensões.

• Os materiais que não concordam com as leis da física

"Nós estamos pegando uma peça plana de material e dando a ela a tendência, ou mesmo o desejo, de se dobrar em um determinado formato 3D," disse Crane.

A técnica foi testada usando chapas de plástico que são flexíveis, mas não esticáveis. Fazendo cortes hexagonais definidos com precisão por um programa criado pela dupla, eles fizeram máscaras, esculturas, um abajur e até um sapato de salto alto.

Sapato feminino fabricado sem fazer força. [Imagem: Mina Konakovic]

Materiais programáveis

Já se sabia que era possível "programar" os materiais para que eles se deformassem em estruturas precisas, mas traçar os recortes para cada objeto é uma tarefa complexa demais.

"Artistas e projetistas têm brincado com esses materiais, mas eles acabam limitados pelas coisas que podem fabricar à mão. Nós queríamos ver o que se pode fazer se você tiver a computação envolvida," disse Crane.

No estágio atual do trabalho, a folha plana ainda precisa ser pressionada contra um molde para que as partes triangulares que restam após o corte se reajustem para assumir suas posições definitivas - embora não seja preciso fazer a força necessária para a prensagem convencional.

O próximo passo, segundo os dois pesquisadores, será usar materiais que possam assumir automaticamente sua posição, literalmente "pipocando" no objeto desejado, dispensando de vez os moldes e as prensas.

Naftalina viabiliza computador quântico a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/07/2016

A naftalina (à esquerda) e o pó resultante de sua queima - esse pó negro mantém os qubits estáveis a temperatura ambiente. [Imagem: Mohammad Choucair]

Cheiro de coisa nova

Nada pode parecer mais contraposto do que a tradicional naftalina, associada com coisas velhas, e os computadores quânticos, associados com o futuro da tecnologia da informação.

Por uma daquelas inexplicáveis ironias da história, contudo, a naftalina pode ser a grande responsável pela viabilização dos computadores quânticos práticos.

Tudo se deve a que, no âmbito da mecânica quântica, as partículas se agitam constantemente e interferem umas com as outras e com o ambiente. Como na computação quântica os dados são guardados nessas partículas, que funcionam como qubits, para manter esses dados estáveis tempo suficiente para que eles sejam usados nos cálculos é necessário "acalmar" as partículas, resfriando-as até próximo do zero absoluto.

Em termos práticos isso significa que um processador quânticopoderá ser pequeno e consumir pouca energia, mas o aparato necessário para que ele funcione poderá se equiparar às instalações milionárias necessárias aos supercomputadores atuais.

Naftalina quântica

É aí que entra a naftalina - mais especificamente, o material resultante da queima do naftaleno. A combustão gera um material à base de carbono, um pó fino que pode ser disperso em solventes como água ou etanol e depositado diretamente sobre uma pastilha de silício - depois de seco e visto ao microscópio o material se transforma em uma série de nanoesferas.

Bálint Náfrádi, da Universidade Politécnica Federal de Lausane, na Suíça, juntamente com colegas da Austrália e da Alemanha, descobriu que esse material consegue manter estáveis os spins dos elétrons em seu interior por até 175 nanossegundos - considera-se que a computação quântica pode se tornar prática a temperatura ambiente com qubits que sejam estáveis por mais do que 100 nanossegundos.

"Isto provavelmente se deve à autodopagem dos elétrons condutores do material e seu confinamento espacial nanométrico. Isto basicamente significa que as nanoesferas podem ser feitas inteiramente de carbono e preservarem suas propriedades eletrônicas únicas," afirmou Mohammad Choucair, membro da equipe.

As nanoesferas de carbono parecem ser responsáveis pelo isolamento do spin dos elétrons, que fica menos sujeito à ação do ambiente. [Imagem: Bálint Náfrádi et al. - 10.1038/ncomms12232]

Novo e velho se juntam no atual

O registro dos dados nas nanoesferas já foi testado com êxito. Agora a equipe planeja construir uma porta lógica quântica que se mantenha funcional a temperatura ambiente, sem qualquer aparato de resfriamento.

"Em princípio, isto poderá abrir o caminho para matrizes de qubits de alta densidade feitas com nanoesferas que sejam integradas nas atuais tecnologias à base de silício ou eletrônica de filmes finos," finalizou Choucair.

Bibliografia:

Room temperature manipulation of long lifetime spins in metallic-like carbon nanospheres
Bálint Náfrádi, Mohammad Choucair, Klaus-Peter Dinse, László Forró
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12232
DOI: 10.1038/ncomms12232

Menor HD do mundo realiza sonho da nanotecnologia Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/07/2016 HD atômico realiza sonho da nanotecnologia Há realmente muito espaço aqui embaixo: a memória atômica de 1 kb tem 96 nanômetros de largura e 126 nanômetros de altura.[Imagem: TUDelft] Sonho de Feynman Pesquisadores holandeses conseguiram uma façanha histórica, levando ao limite a tecnologia de armazenamento de dados: eles construíram uma memória de 1 kilobyte (8.000 bits) onde cada bit é representado pela posição de um único átomo de cloro. Em 1959, o físico Richard Feynman desafiou a comunidade científica a abrir caminho para as hoje conhecidas nanociências e nanotecnologias. Em sua famosa palestra "Há muito espaço lá embaixo", ele especulou que, se tivéssemos uma plataforma que nos permitisse organizar átomos individuais em um padrão ordenado exato, seria possível armazenar um bit de informação por átomo. Floris Kalff e seus colegas da Universidade de Delft acabam de transformar em realidade essa previsão visionária. E, para homenagear Feynman, eles codificaram uma seção de sua palestra em uma área de 100 nanômetros de largura. O dispositivo alcançou uma densidade de armazenamento de 500 terabits por polegada quadrada, 500 vezes mais do que o melhor disco rígido atualmente disponível. "Em teoria, esta densidade de armazenamento permitiria que todos os livros já criados pelo homem sejam escritos em um único selo postal," disse o professor Sander Otte. Dados gravados em átomos A memória consiste em linhas traçadas sobre uma superfície de cobre, na qual existem "buracos" onde os átomos de cloro podem ser deslizados para lá e para cá usando a ponta de um microscópio de tunelamento. "Você pode compará-la com um quebra-cabeças de deslizar," explica Otte. "Cada bit é constituído por duas posições sobre a superfície de átomos de cobre e um átomo de cloro, que pode deslizar para trás e para a frente entre as duas posições. Se o átomo de cloro está na posição de cima, existe um buraco abaixo dele - chamamos isto de 1. Se o buraco está na posição superior e o átomo de cloro está, por conseguinte, na parte inferior, então o bit é um 0." Como os átomos de cloro são cercados por outros átomos de cloro, exceto perto dos buracos, eles se mantêm mutuamente no lugar. É por isso que este método é muito mais estável do que as técnicas com átomos soltos já demonstradas anteriormente, e mais adequado para o armazenamento de dados. Mas não espere encontrar um "HD atômico" para comprar tão já: embora seja uma demonstração histórica e tecnicamente muito interessante, o processo de escrita é muito lento, com cada bit exigindo vários minutos para ser gravado. E o HD só mantém os dados estáveis enquanto estiver resfriado por nitrogênio líquido, a -196º C. Bibliografia: A kilobyte rewritable atomic memory F. E. Kalff, M. P. Rebergen, E. Fahrenfort, J. Girovsky, R. Toskovic, J. L. Lado, J. Fernández-Rossier, A. F. Otte Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/nnano.2016.131

Menor HD do mundo realiza sonho da nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/07/2016

Há realmente muito espaço aqui embaixo: a memória atômica de 1 kb tem 96 nanômetros de largura e 126 nanômetros de altura.[Imagem: TUDelft]

Sonho de Feynman

Pesquisadores holandeses conseguiram uma façanha histórica, levando ao limite a tecnologia de armazenamento de dados: eles construíram uma memória de 1 kilobyte (8.000 bits) onde cada bit é representado pela posição de um único átomo de cloro.

Em 1959, o físico Richard Feynman desafiou a comunidade científica a abrir caminho para as hoje conhecidas nanociências e nanotecnologias. Em sua famosa palestra "Há muito espaço lá embaixo", ele especulou que, se tivéssemos uma plataforma que nos permitisse organizar átomos individuais em um padrão ordenado exato, seria possível armazenar um bit de informação por átomo.

Floris Kalff e seus colegas da Universidade de Delft acabam de transformar em realidade essa previsão visionária. E, para homenagear Feynman, eles codificaram uma seção de sua palestra em uma área de 100 nanômetros de largura.

O dispositivo alcançou uma densidade de armazenamento de 500 terabits por polegada quadrada, 500 vezes mais do que o melhor disco rígido atualmente disponível.

"Em teoria, esta densidade de armazenamento permitiria que todos os livros já criados pelo homem sejam escritos em um único selo postal," disse o professor Sander Otte.

Dados gravados em átomos

A memória consiste em linhas traçadas sobre uma superfície de cobre, na qual existem "buracos" onde os átomos de cloro podem ser deslizados para lá e para cá usando a ponta de um microscópio de tunelamento.

"Você pode compará-la com um quebra-cabeças de deslizar," explica Otte. "Cada bit é constituído por duas posições sobre a superfície de átomos de cobre e um átomo de cloro, que pode deslizar para trás e para a frente entre as duas posições. Se o átomo de cloro está na posição de cima, existe um buraco abaixo dele - chamamos isto de 1. Se o buraco está na posição superior e o átomo de cloro está, por conseguinte, na parte inferior, então o bit é um 0."

Como os átomos de cloro são cercados por outros átomos de cloro, exceto perto dos buracos, eles se mantêm mutuamente no lugar. É por isso que este método é muito mais estável do que as técnicas com átomos soltos já demonstradas anteriormente, e mais adequado para o armazenamento de dados.

Mas não espere encontrar um "HD atômico" para comprar tão já: embora seja uma demonstração histórica e tecnicamente muito interessante, o processo de escrita é muito lento, com cada bit exigindo vários minutos para ser gravado. E o HD só mantém os dados estáveis enquanto estiver resfriado por nitrogênio líquido, a -196º C.

Bibliografia:

A kilobyte rewritable atomic memory
F. E. Kalff, M. P. Rebergen, E. Fahrenfort, J. Girovsky, R. Toskovic, J. L. Lado, J. Fernández-Rossier, A. F. Otte
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.131

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/07/2016

Há realmente muito espaço aqui embaixo: a memória atômica de 1 kb tem 96 nanômetros de largura e 126 nanômetros de altura.[Imagem: TUDelft]

Sonho de Feynman

Pesquisadores holandeses conseguiram uma façanha histórica, levando ao limite a tecnologia de armazenamento de dados: eles construíram uma memória de 1 kilobyte (8.000 bits) onde cada bit é representado pela posição de um único átomo de cloro.

Em 1959, o físico Richard Feynman desafiou a comunidade científica a abrir caminho para as hoje conhecidas nanociências e nanotecnologias. Em sua famosa palestra "Há muito espaço lá embaixo", ele especulou que, se tivéssemos uma plataforma que nos permitisse organizar átomos individuais em um padrão ordenado exato, seria possível armazenar um bit de informação por átomo.

Floris Kalff e seus colegas da Universidade de Delft acabam de transformar em realidade essa previsão visionária. E, para homenagear Feynman, eles codificaram uma seção de sua palestra em uma área de 100 nanômetros de largura.

O dispositivo alcançou uma densidade de armazenamento de 500 terabits por polegada quadrada, 500 vezes mais do que o melhor disco rígido atualmente disponível.

"Em teoria, esta densidade de armazenamento permitiria que todos os livros já criados pelo homem sejam escritos em um único selo postal," disse o professor Sander Otte.

Dados gravados em átomos

A memória consiste em linhas traçadas sobre uma superfície de cobre, na qual existem "buracos" onde os átomos de cloro podem ser deslizados para lá e para cá usando a ponta de um microscópio de tunelamento.

"Você pode compará-la com um quebra-cabeças de deslizar," explica Otte. "Cada bit é constituído por duas posições sobre a superfície de átomos de cobre e um átomo de cloro, que pode deslizar para trás e para a frente entre as duas posições. Se o átomo de cloro está na posição de cima, existe um buraco abaixo dele - chamamos isto de 1. Se o buraco está na posição superior e o átomo de cloro está, por conseguinte, na parte inferior, então o bit é um 0."

Como os átomos de cloro são cercados por outros átomos de cloro, exceto perto dos buracos, eles se mantêm mutuamente no lugar. É por isso que este método é muito mais estável do que as técnicas com átomos soltos já demonstradas anteriormente, e mais adequado para o armazenamento de dados.

Mas não espere encontrar um "HD atômico" para comprar tão já: embora seja uma demonstração histórica e tecnicamente muito interessante, o processo de escrita é muito lento, com cada bit exigindo vários minutos para ser gravado. E o HD só mantém os dados estáveis enquanto estiver resfriado por nitrogênio líquido, a -196º C.

Bibliografia:

A kilobyte rewritable atomic memory
F. E. Kalff, M. P. Rebergen, E. Fahrenfort, J. Girovsky, R. Toskovic, J. L. Lado, J. Fernández-Rossier, A. F. Otte
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.131

Conceito de usina híbrida solar-fóssil é aprovado

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/07/2016

A maior parte do projeto-piloto consiste em painéis côncavos que concentram o calor do Sol em canos por onde flui um líquido, que é transformado em vapor. No destaque, os tanques de sais onde o calor é armazenado. [Imagem: Hysol/Divulgação]

Energia renovável constante

Foi concluído com êxito na Espanha a avaliação de um projeto-piloto para a criação de usinas híbridas para geração de energia.

O objetivo do projeto Hysol era avaliar uma alternativa pragmática para a adoção de fontes renováveis de energia: eliminar a inconstância das fontes de energia limpa - como solar fotovoltaica, termossolar e eólica - acoplando a elas geradores tradicionais que usam derivados do petróleo.

Nesse conceito de usina híbrida, a administração da variação das fontes renováveis passa a ser da usina, mantendo constante o suprimento de energia para a rede de distribuição.

Usina térmica - 3/4 solar

A principal fonte geradora da usina é uma planta de energia termossolar. Ao contrário dos painéis fotovoltaicos, que geram eletricidade diretamente a partir da luz do Sol, no conceito termossolar é o calor do Sol que é aproveitado para gerar vapor, que é então utilizado para gerar a eletricidade.

Isso facilita a integração com os geradores alimentados por outras fontes termoelétricas. Durante o projeto foram testadas implementações de hibridação da fonte termossolar com combustíveis fósseis (gás natural) e renováveis (biogás, biometano e uma combinação de gases), todos disponíveis comercialmente.

A gestão das diversas fontes permitiu a produção de energia elétrica com uma participação da energia solar que chegou a 74%.

Os combustíveis auxiliares são integrados para suprir uma turbina a gás modificada. A energia térmica dos gases de escape produzidos pela turbina a gás são recuperados e usados para aquecer sais fundidos, que podem ser enviados diretamente para o gerador de vapor, mas que geralmente são armazenados para uso posterior, à noite e quando o calor do Sol não for suficiente para atender a demanda.

Esquema da usina híbrida que usa energia térmica do Sol e combustíveis líquidos, renováveis e fósseis. [Imagem: Hysol/Divulgação]

• Hidricidade: Usar hidrogênio para armazenar energia do Sol

Usina híbrida viável

Ao longo de três anos de testes, foi possível validar todo o conceito, demonstrando que uma usina híbrida é técnica, econômica e ambientalmente viável.

O Hysol é um projeto financiado pela União Europeia e liderado pela empresa espanhola ACS-Cobra. Foram oito parceiros, incluindo a Universidade Politécnica de Madri (UPM, Espanha), Universidade Técnica da Dinamarca, Plataforma Solar de Almería (PSA-CIEMAT, Espanha), Enea (Itália), IDIE (Espanha), Aitesa (Espanha) e SDLO-PRI (Holanda).

Com o término da validação, os parceiros se preparam para a instalação de usinas similares de porte comercial em toda a Europa.

Material inteligente reage a calor e luz e se autoconserta

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/07/2016

Acionamento por calor ou luz: modo de operação pode ser escolhido conforme a aplicação. [Imagem: Yuzhan Li et al - 10.1021/acsami.6b04374]

Material inteligente e versátil

Um novo material inteligente é também o mais versátil já demonstrado até agora: sua mudança de forma pode ser induzida por calor ou por luz e ele consegue se consertar sozinhos de danos, como cortes.

É a primeira vez que se consegue combinar várias habilidades "inteligentes" em um único material, o que inclui o comportamento de memória de forma, o movimento acionado pela luz ou pelo calor e a autocura.

Materiais que podem reagir a estímulos externos podem servir a uma grande variedade de propósitos, como músculos artificiais, atuadores, sistemas de liberação de medicamentos ou para formar objetos inteiros que se montam ou desmontam sozinhos.

Uma das grandes expectativas é que esses materiais possam servir para abrir painéis solares e outras estruturas em satélites artificiais e sondas espaciais, que hoje dependem de sistemas complexos e pesados, baseados em cabos, motores e baterias.

Redes cristalinas líquidas

Os materiais inteligentes ainda não têm um uso generalizado porque são difíceis de fabricar e geralmente só conseguem executar uma função de cada vez. Além disso, é difícil reprocessá-los para que suas propriedades possam ser usadas repetidamente.

Yuzhan Li e seus colegas da Universidade do Estado de Washington, nos EUA, obtiveram uma funcionalidade inédita combinando uma classe de moléculas de cadeias longas, chamadas redes cristalinas líquidas, com grupos atômicos que reagem à luz polarizada. Para conseguir "reprocessar" o material - obter múltiplas utilizações - eles usaram ligações químicas dinâmicas.

O material resultante reage à luz ou ao calor, lembra-se da sua forma original quando é dobrado e desdobrado e pode curar a si mesmo quando danificado. Por exemplo, um corte feito por um estilete pode ser curado através da aplicação de luz ultravioleta.

Mais importante ainda para aplicações práticas, os movimentos do material podem ser pré-programados e suas propriedades serem ajustadas previamente para cada aplicação em particular.

Bibliografia:

Photoresponsive Liquid Crystalline Epoxy Networks with Shape Memory Behavior and Dynamic Ester Bonds
Yuzhan Li, Orlando Rios, Jong K. Keum, Jihua Chen, Michael R. Kessler
ACS Applied Materials & Interfaces
Vol.: 8 (24), pp 15750-15757
DOI: 10.1021/acsami.6b04374

Informática

Quais tecnologias quânticas você já usa. E quais usará no futuro

Com informações da Fundação Lindau -  06/07/2016

O Professor Rainer Blatt lidera uma das equipes mais produtivas do mundo no campo das tecnologias quânticas. [Imagem: Universidade de Innsbruck]

Segunda Revolução Quântica

A tecnologia quântica está destinada a compor o futuro no século 21?

O Professor Rainer Blatt, um físico quântico de renome internacional, líder de uma equipe que conta entre seus feitos o primeiro simulador quântico real e umprocessador quântico com 14 qubits, não tem nenhuma dúvida quanto a isso.

Na verdade, ele esclarece que se tratará de uma "Segunda Revolução Quântica".

Nesta entrevista ele esclarece o que a física quântica já representa em termos de tecnologia e quais avanços ele espera para os próximos anos.

A primeira revolução quântica estabeleceu os fundamentos físicos para desenvolvimentos como os chips de computador, lasers, ressonância magnética e tecnologias de comunicações. O que exatamente significa uma Segunda Revolução Quântica?

Blatt - Até agora, todas as tecnologias que você mencionou derivam sua utilidade da propriedade de onda sobre a qual a física quântica se baseia. Embora elas não sejam reconhecidas como tais, as tecnologias quânticas já estão, portanto, disponíveis e, sem elas, muitos dos nossos instrumentos não seriam possíveis.

A Segunda Revolução Quântica tira proveito do fenômeno do emaranhamento [ou entrelaçamento quântico, a propriedade de interconexão entre partículas mesmo depois que elas são separadas por qualquer distância]. Hoje, o emaranhamento é a base para muitas novas aplicações potenciais, como comunicações quânticas, metrologia quântica e computação quântica. A Segunda Revolução Quântica é geralmente entendida como sendo a realização dessas novas possibilidades.

Grandes empresas, como Google, já estão investindo em computadores quânticos. [Imagem: Julian Kelly]

Quanto tempo levará para que a Segunda Revolução Quântica produza aplicações e produtos comercializáveis?

Blatt - Aplicações e produtos comercializáveis já estão disponíveis no domínio das comunicações quânticas, o que significa que esses aparelhos já podem ser adquiridos no comércio e usados.

O uso do emaranhamento para a matéria - e não apenas para os fótons - irá transformar a metrologia, fornecendo sensores mais sensíveis e de resposta mais rápida.

Inicialmente, isso irá produzir processadores quânticos pequenos, e depois processadores quânticos grandes para uma ampla gama de aplicações, por exemplo simulações. Os processadores quânticos serão inicialmente usados para resolver uns poucos, mas importantes, problemas especiais, mas no futuro mais distante serão usados também para cálculos universais.

Na verdade, há nenhum obstáculo discernível para a concretização das tecnologias quânticas. Sistemas cada vez mais complexos estão sendo elaborados. Isto inclui o desenvolvimento e uso de novas tecnologias e métodos que anteriormente não eram possíveis. Conforme as tecnologias quânticas se tornarem mais amplamente disponíveis, as ideias para o seu uso e suas aplicações surgirão rapidamente.

Já existe uma convergência entre eletrônica e computação quântica que deverá acelerar a adoção das novas tecnologias. [Imagem: Meenakshi Singh et al. 10.1063/1.4940421]

Quais mudanças de grande alcance para a sociedade e para a economia você espera da Segunda Revolução Quântica?

Blatt - Inicialmente essas tecnologias vão levar a aplicações de computação maiores e melhores, o que vai gerar melhorias contínuas nas ciências.

É difícil prever qual será impacto de longo alcance na sociedade e na economia. As mudanças trazidas pelo desenvolvimento do laser foram igualmente imprevisíveis. No início de 1960, o laser ainda era visto como uma solução para um problema desconhecido. Hoje, pouco mais de cinquenta anos mais tarde, os lasers se tornaram uma parte indispensável das nossas vidas. Espero que as tecnologias quânticas se desenvolvam ao longo de linhas semelhantes.

Testes com telecomunicações quânticas via satélite estão em andamento com vistas à construção de uma internet quântica. [Imagem: Centre for Quantum Technologies/NUS]

A Segunda Revolução Quântica vai beneficiar somente países altamente desenvolvidos e regiões que investem pesadamente em pesquisa de ponta?

Blatt - Em última instância, todos serão beneficiados. Mas, como todos os desenvolvimentos, somente os países e regiões que desempenham um papel no desenvolvimento e aperfeiçoamento dessas tecnologias irão inicialmente colher benefícios - incluindo lucros no sentido comercial.

Vamos precisar de pesquisa de ponta por algumas décadas, e isso implica um grau de compromisso financeiro, institucional e, acima de tudo, pessoal, a fim de explorar o potencial das tecnologias quânticas.

Quais tecnologias você quer para o seu futuro?

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/07/2016

Reuniões entre especialistas e leigos permitem que as pessoas digam quais tecnologias querem no futuro. [Imagem: Fraunhofer IAO]

Futurologia participativa

A futurologia tem seus adeptos, embora quase ninguém se lembre de checar se os futurólogos do passado acertaram as inovações do presente - quem se lembra geralmente atesta que eles erram bem mais do que acertam.

Em busca de um pouco mais de precisão e de ajuda real para os desenvolvedores das tecnologias do futuro, pesquisadores do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, estão tentando inverter o processo.

Em vez de um especialista tentar adivinhar quais novidades tecnológicas as pessoas vão adotar no futuro, a equipe desenvolveu uma metodologia de previsão participativa na qual as pessoas leigas - não especialistas em nenhuma área tecnológica - descrevem as suas necessidades e anseios tecnológicos futuros.

Os resultados iniciais mostram que as pessoas querem tecnologias que melhorem as suas capacidades físicas e mentais, protejam a sua privacidade e armazenem e transportem emoções.

Como vamos viver daqui a 100 anos? [Imagem: Samsung SmartThings]

Quais tecnologias você quer para seu futuro

No projeto "Moldando o Futuro (Shaping Future), os voluntários articulam os seus desejos e preocupações relativos a soluções técnicas futuras, descrevem requisitos da tecnologia e trocam ideias com especialistas.

Os engenheiros então pegam as ideias, desenvolvem-nas um pouco e usam roteiros para mostrar quais etapas tecnológicas serão necessárias e quais as condições sociais e legais deverão ser cumpridas a fim de que cada ideia possa ser realizada.

"Não é apenas uma questão de participar. Qualquer um que esteja desenvolvendo novas tecnologias precisa incluir as pessoas. Caso contrário, há o risco de que as inovações deixem de refletir as necessidades do usuário... e não sejam adotadas," explica Marie Heidingsfelder, membro do projeto.

Uma conclusão importante da primeira rodada do Moldando o Futuro foi a de que muitos participantes querem tecnologias "moles", tão invisíveis quanto possível e que possam facilmente ser usadas no corpo - tecnologias de vestir.

Além disso, um fator importante para as pessoas são modelos espaciais que, de forma flexível e individual, permitam que elas interajam ou se escondam de outras pessoas, conforme a situação. E uma espécie de "Big Mother" (Grande Mãe), que as ajude a tomar decisões ou lidar com tensões físicas e emocionais.

Há também aqueles que temem que a tecnologia dê errado e ameace a existência humana. [Imagem: Divulgação]

Tecnologias para o ano de 2053

Partindo dos anseios dos voluntários, a equipe desenvolveu até agora um total de oito roteiros tecnológicos para novos projetos de pesquisa ou produtos inovadores:

1. Casulo de Mobilidade: cápsulas de transporte individual configuráveis que permitam uma solução de mobilidade porta-a-porta.
2. Equipamento de Otimização Modular: um exoesqueleto que dê força às pessoas nas situações cotidianas que exijam esforços físicos.
3. Músculos sob demanda: Um gel que permita a reconstrução do próprio corpo após acidentes, doenças ou tumores graves, também adequado para a otimização pessoal e modificações físicas.
4. Firewall Social: Tecnologia capaz de aprender que permita se concentrar em coisas importantes, fugindo das distrações.
5. Ferramenta de Diagnóstico e Tratamento: Tecnologia mantida próxima ao corpo que detecte doenças e recomende terapias, medicamentos e médicos adequados.
6. Companheiro Inteligente: Sistema de inteligência artificial que aprenda com o objetivo de dar sugestões para a ação com base em prioridades e permita o início de contatos de acordo com os interesses e demandas individuais.
7. Mentor de Ouvido: uma versão miniaturizada, que caiba dentro da orelha, do Firewall Social.
8. Lente de Contato Emocional: Uma lente de contato que indique a condição emocional da pessoa que está olhando para você.

Foram coletadas muitas outras demandas tecnológicas, para as quais ainda não foi possível montar roteiros de desenvolvimento porque elas estão longe demais da realização - como um teletransportador de emoções entre as pessoas.

PC faz em 15 minutos o que supercomputador leva 3 dias

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/07/2016

O supercomputador usado pela equipe foi substituído por um PC comum com uma GPU comprada no comércio.[Imagem: Vladimir Kukulin]

Super-PC

Um grupo de físicos da Universidade Estadual de Moscou, na Rússia, descobriu como usar um computador pessoal comum, como o que você tem em casa, para resolver algumas das mais complexas equações da mecânica quântica, que até agora só eram resolvidas em supercomputadores.

E não se trata de uma mera substituição: de acordo com Vladimir Pomerantcev e seus colegas, o PC faz o trabalho muito mais rápido, resolvendo em 15 minutos o que um dos maiores computadores do mundo, instalado na Universidade de Julich, na Alemanha, tem levado de 2 a 3 dias para calcular.

As equações, formuladas na década de 60 pelo matemático Ludwig Faddeev, descrevem a dispersão de partículas quânticas, isto é, representa um análogo na mecânica quântica da teoria newtoniana dos sistemas de três corpos - usado para calcular a interação entre Sol, Lua e Terra, por exemplo. Com as equações de Faddeev abriu-se um campo totalmente novo da mecânica quântica, hoje conhecido como "física de sistemas de poucos corpos".

No entanto, devido à incrível complexidade dos cálculos no caso de interações entre partículas realísticas, o sistema ficou fora do alcance dos físicos por um longo período, até que os supercomputadores apareceram.

Quem precisa de supercomputador?

Agora, a equipe descobriu que basta um computador de mesa comum equipado com uma placa gráfica (GPU: Graphics Processing Unit) que custa por volta de R$1.000 para resolver todas as simulações quânticas realísticas de poucos corpos em poucos minutos.

Ocorre que a principal dificuldade para resolver as equações de Faddeev é a integração do espalhamento das múltiplas partículas quânticas, o que gera uma enorme tabela bidimensional, com dezenas ou centenas de milhares de linhas e colunas, com cada elemento da matriz sendo o resultado de cálculos para lá de complexos.

O que Pomerantcev percebeu é que essa tabela enorme pode ser encarada como uma tela com dezenas de bilhões de píxeis. Dessa forma, com uma boa GPU, pode-se calculá-la de forma muito rápida e otimizada.

O que nem a equipe esperava é que o desempenho fosse tão grande.

O primeiro simulador quântico prático, apresentado há poucos dias, mostra a viabilidade de simular também a "física de muitos corpos". [Imagem: IQOQI/Harald Ritsch]

"Chegamos a uma velocidade que sequer sonhávamos," disse o professor Vladimir Kukulin, coordenador do trabalho. "O programa calcula 260 milhões de integrais duplas complexas em um computador desktop em apenas três segundos. Sem comparação com os supercomputadores!"

A simulação completa, que atualmente usa de dois a três dias do supercomputador, é solucionada em 15 minutos no PC.

Curso para todos

O mais surpreendente é que os processadores gráficos com a capacidade adequada, bem como uma enorme quantidade de software disponibilizada para eles pelos próprios fabricantes das GPUs, como a NVidia, existem há quase dez anos - mas ninguém havia tido a ideia de usá-los para resolver as simulações quânticas.

"Este trabalho, em nossa opinião, abre rotas completamente novas para analisar reações químicas nucleares e de ressonância," disse Kukulin. "Ele também pode ser muito útil para resolver um grande número de tarefas de computação em física de plasma, eletrodinâmica, geofísica, medicina e muitas outras áreas da ciência."

A equipe está agora organizando um curso para mostrar a outros pesquisadores interessados de todo o mundo como usar seus PCs para substituir seus supercomputadores nesses cálculos.

Bibliografia:

Fast GPU-based calculations in few-body quantum scattering
V. N. Pomerantsev, V. I. Kukulin, O. A. Rubtsov, S.K. Sakhiev
Computer Physics Communications
Vol.: 204, July 2016, Pages 121-131
DOI: 10.1016/j.cpc.2016.03.018

Microcâmera pode ser injetada com uma seringa

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/07/2016

A microcâmera passa com folga pelo buraco de uma agulha, permitindo exames menos invasivos.[Imagem: Timo Gissibl]

Microendoscópios

Uma microcâmera mais fina do que um fio de cabelo humano pode não apenas facilitar os exames médicos atuais, como também criar uma nova geração de exames mais precisos e menos invasivos.

Timo Gissibl e seus colegas da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, usaram uma técnica especial de microimpressão 3D - ou manufatura aditiva - para criar uma câmera totalmente funcional que não é maior do que um grão de sal.

A técnica, que poderá ser aplicada a outros tipos de componentes ópticos, usa um laser para atingir pontos específicos de um polímero, construindo o sistema de lentes da microcâmera camada por camada.

Como a microcâmera pode ser construída na ponta de uma fibra óptica, passa a ser possível criar uma nova geração de endoscópios ultrafinos.

Lentes especiais

Microcâmera próxima ao olho de uma mosca. [Imagem: Timo Gissibl]

A grande vantagem da técnica é que ela permite a construção de sistemas com múltiplas lentes ou lentes com formatos especializados e mais próximos do ideal para cada aplicação, como paraboloides ou lentes asféricas - lentes cujo perfil não é uma parte de uma esfera ou cilindro.

"Em particular, sistemas ópticos com duas ou mais lentes podem ser construídos pela primeira vez com este método. Isto abre a porta para sistemas de correção de aberração e de imagens micro-ópticas com uma qualidade sem precedentes," dizem os pesquisadores.

Câmera invisível

Microcâmera próxima a um fio de cabelo humano. [Imagem: Timo Gissibl]

A câmera inteira tem apenas 125 micrômetros de diâmetro, podendo focar objetos a uma distância de até 3 milímetros. Os dados são enviados por uma fibra óptica de 1,7 metro de comprimento.

Com essas dimensões, ela passa com folga pelo buraco de uma agulha de seringa, podendo gerar imagens de qualquer órgão do corpo humano - incluindo o cérebro.

Além dos exames médicos, Gissibl afirma que a tecnologia poderá ser usada em sistemas de câmeras de segurança invisíveis aos usuários e em mini e microrrobôs.

Bibliografia:

Two-photon direct laser writing of ultracompact multi-lens objectives
Timo Gissibl, Simon Thiele, Alois Herkommer, Harald Giessen
Nature Photonics
DOI: 10.1038/nphoton.2016.121