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Materiais orgânicos agora também brilham no escuro Redação do Site Inovação Tecnológica

Materiais orgânicos agora também brilham no escuro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/10/2017

Uma das vantagens é que o novo material é transparente quando não está brilhando (no alto à esquerda). [Imagem: Ryota Kabe/Chihaya Adachi]

Materiais que brilham no escuro

Pesquisadores da Universidade de Kyushu, no Japão, desenvolveram os primeiros materiais capazes de brilhar no escuro feitos com moléculas orgânicas, mostrando que a migração da tecnologia para os materiais à base de carbono é uma tendência mais ampla do que se imagina.

Usados em relógios e sinais de emergência, entre muitas outras aplicações, os materiais que brilham no escuro hoje são fabricados a partir de compostos inorgânicos e incluem metais raros, como o európio e o disprósio. Além de caros, esses materiais exigem altas temperaturas para sua fabricação e dispersam a luz, o que significa que eles não são transparentes quando não estão brilhando.

Já os novos materiais luminescentes à base de carbono, semelhantes aos materiais usados em plásticos e tintas, eliminam muitas dessas desvantagens, tendo uma maior eficiência na emissão de luz, são transparentes e mais baratos - eles já são amplamente utilizados em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs).

Isso abre novas possibilidades de aplicação, como nas bioimagens, a captação de imagens médicas do interior do corpo.

Plásticos que brilham no escuro

O grande problema é que, até agora, os plásticos brilhavam no escuro apenas por alguns minutos, com sua luz se esmaecendo rapidamente.

Ryota Kabe e Chihaya Adachi conseguiram uma luminescência persistente usando misturas simples de duas moléculas que doam elétrons e que aceitam elétrons. Eles alcançaram uma emissão por mais de uma hora sem a necessidade de fontes de luz intensas ou de baixas temperaturas, como em experimentos similares anteriores.

"Muitos materiais orgânicos podem usar a energia absorvida da luz para emitir luz de uma cor diferente, mas esta emissão é geralmente rápida porque a energia é armazenada diretamente na molécula que produz a emissão," explicou Kabe. "Em contraste, nossas misturas armazenam a energia em cargas elétricas separadas por uma distância mais longa. Este passo adicional nos permitiu tornar a liberação de energia como luz consideravelmente mais lenta, conseguindo assim o efeito de brilho no escuro."

Mas ainda há desafios a enfrentar no caminho para o uso prático das moléculas orgânicas que brilham no escuro. O principal deles é a sensibilidade do material ao oxigênio e à água.

Contudo, como revestimentos de proteção já são usados em eletrônica orgânicae mesmo nos materiais que brilham no escuro inorgânicos, os pesquisadores estão confiantes de que poderão encontrar uma solução rapidamente. Ao mesmo tempo, eles também estão buscando novas estruturas moleculares para aumentar a duração e a eficiência das emissões, bem como para mudar a cor da luz emitida.

Bibliografia:

Organic long persistent luminescence
Ryota Kabe, Chihaya Adachi
Nature Physics
DOI: 10.1038/nature24010

Multímetro atômico faz medições dentro de chip Redação do Site Inovação Tecnológica -

Multímetro atômico faz medições dentro de chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 

A chave para medir as correntes de spin são defeitos atômicos no interior de nanodiamantes. [Imagem: Peter e Ryan Allen/Harvard University]

Multímetro spintrônico

Para que spintrônica se torne uma realidade - usar a rotação (spin) dos elétrons em vez de sua carga elétrica - os cientistas precisam entender melhor como medir e controlar essa rotação, como fazem hoje com a eletricidade.

Uma equipe da Universidade de Harvard apresentou agora uma técnica capaz justamente de controlar e medir o chamado "potencial químico de spin".

A técnica, que usa defeitos atômicos em nanodiamantes, é essencialmente um multímetro em nanoescala, um instrumento que permite fazer medições no interior de componentes instalados dentro dos chips.

Para tal nível de miniaturização, a equipe usou como medidor as chamadas vacâncias de nitrogênio, defeitos na rede cristalina dos diamantes que estão também sendo exploradas como qubits para computadores quânticos.

Informações pelo spin

Nos materiais condutores, os elétrons podem transportar informações movendo-se de um ponto A para um ponto B - essencialmente uma corrente elétrica.

O spin, por outro lado, pode se propagar também através de materiais isolantes, por meio de ondas, com cada elétron ficando parado e se comunicando com o seu vizinho imediato.

Para levar essas ondas de um ponto A a um ponto B, os pesquisadores primeiro tiveram que desenvolver uma técnica para aumentar o potencial químico de spin - ou tensão de rotação - em um nível local, para então poder medir o efeito.

"Se você tem um alto potencial químico na localização A e um baixo potencial químico na localização B, as ondas de spin começam a difundir de A para B," conta o pesquisador Chunhui Du. "Este é um conceito muito importante em spintrônica porque se você é capaz de controlar o transporte de ondas de spin, então você pode usar essas ondas de rotação em vez de corrente elétrica como carreadoras de informações".

Os chips spintrônicos permitem literalmente que a luz fale com a matéria. [Imagem: Princeton University]

Informações em material isolante

A equipe usou dois métodos de injeção de ondas de spin no material: no primeiro, eles aplicaram campos magnéticos de micro-ondas de oscilação rápida para excitar ondas de spin. No segundo, eles converteram uma corrente elétrica em ondas de spin usando uma tira de platina localizada em uma extremidade do ímã.

"O que é notável é que este material é um isolante, ele não conduz nenhuma corrente e, ainda assim, você pode enviar informações sob a forma de ondas de spin através dele," detalha o pesquisador Toeno Van der Sar. "As ondas de spin são tão promissoras porque podem viajar por um longo período de tempo sem decair, e quase nenhum calor é produzido porque você não tem elétrons em movimento."

Multímetro atômico

Com as ondas de spin injetadas no material, o próximo passo foi descobrir como medir informações sobre essas ondas. É aí que entram os defeitos de vacâncias de nitrogênio dos diamantes. Esses defeitos - nos quais um átomo de carbono é substituído por um átomo de nitrogênio - são extremamente sensíveis a campos magnéticos, mesmo aqueles muito fracos.

A equipe então fabricou minúsculas hastes de diamantes contendo vacâncias de nitrogênio e as colocaram nanômetros acima da amostra. À medida que as ondas de spin se movem através do material, elas geram um campo magnético, que é detectado pelo defeito de nitrogênio.

Esse "multímetro spintrônico", em escala atômica, permitiu medir o potencial químico de spin, o número de ondas de spin e detectar como elas estão se movendo através do material.

"O legal desta técnica é que ela é muito local," disse Van der Sar. "Você pode fazer essas medições a apenas alguns nanômetros acima da amostra, o que significa que você pode estudar espacialmente o potencial químico em componentes no interior de um chip, para, digamos, um processador spintrônico. Isso não é possível com algumas das outras técnicas estado-da-arte."

Bibliografia:

Control and local measurement of the spin chemical potential in a magnetic insulator
Chunhui Du, Toeno van der Sar, Tony X. Zhou, Pramey Upadhyaya, Francesco Casola, Huiliang Zhang, Mehmet C. Onbasli, Caroline A. Ross, Ronald L. Walsworth, Yaroslav Tserkovnyak, Amir Yacoby
Science
Vol.: 357 Issue 6347 195-198
DOI: 10.1126/science.aak9611

Raios gama irão além dos limites da luz Redação do Site Inovação Tecnológica

Energia

Raios gama irão além dos limites da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/10/2017

Raios gama são ondas eletromagnéticas, como a luz visível ou os raios X, mas com uma energia muito maior. Quando uma luz laser é intensa o suficiente e todos os parâmetros estão corretos, as partículas presas (verde) convertem a energia do laser (superfícies em vermelho, laranja e amarelo) em cascatas de fótons de energia super alta (rosa).[Imagem: Arkady Gonoskov]

Raios gama

Uma nova técnica permitiu produzir feixes de raios gama com uma eficiência tal que a energia alcançada é bilhões de vezes mais alta do que a energia dos fótons da luz visível - como em um laser comum.

Esses feixes de raios gama de alta intensidade superam de longe todos os limites conhecidos, abrindo caminho para novos estudos fundamentais sobre a constituição da matéria.

"Superando o limite do que é atualmente possível, podemos ver mais profundamente os elementos básicos da natureza. Podemos mergulhar na parte mais profunda dos núcleos atômicos," disse o professor Arkady Gonoskov, da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, que desenvolveu a técnica juntamente com colegas da Rússia e do Reino Unido.

Partículas e antipartículas

Normalmente, quando você dispara um pulso de laser em um objeto, todas as partículas de luz - os fótons - ricocheteiam e se dispersam.

O que Gonoskov descobriu é que, se a luz laser for intensa o suficiente e se todos os seus parâmetros estiverem devidamente ajustados, os fótons ficam aprisionados. Ao atingir o objeto, os fótons geram uma nuvem de partículas de matéria e de antimatéria, partículas estas que se comportam de uma maneira muito especial e incomum, comprovando a teoria de que a aniquilação de matéria e antimatéria pode criar um laser de raios gama.

"A nuvem de partículas presas converte a energia do laser em cascatas de fótons de alta energia com alta eficiência - um fenômeno que é muito bem-vindo. É uma coisa maravilhosa que os fótons dessa fonte possam ter uma energia tão alta," disse o professor Mattias Marklund.

• Átomo híbrido de antimatéria produzirá laser de raios gama

Disparar e ver o que acontece

A descoberta é altamente relevante para os grandes laboratórios que usam lasers para estudar a matéria, e poderá ser utilizada nas fontes de energia de nova geração, como as do Centro Exawatt para Estudos Fotônicos Extremos, que está sendo construído na Rússia.

"Nós ainda não sabemos onde esses estudos nos levarão, mas sabemos que ainda há coisas a serem descobertas dentro da física nuclear, por exemplo novas fontes de energia. Com estudos fundamentais, você pode apontar para algo e acabar descobrindo outra coisa completamente diferente - que seja mais interessante e mais importante," disse Gonoskov.

• Óptica de raios gama: lente de silício derruba teoria

Bibliografia:

Ultrabright GeV Photon Source via Controlled Electromagnetic Cascades in Laser-Dipole Waves
A. Gonoskov, A. Bashinov, S. Bastrakov, E. Efimenko, A. Ilderton, A. Kim, M. Marklund, I. Meyerov, A. Muraviev, A. Sergeev
Physical Review Letters
Vol.: 7, 041003
DOI: 10.1103/PhysRevX.7.041003

Arquitetura de Objetos Digitais pode melhorar gestão de informações Com informações da Agência Fapesp -

Arquitetura de Objetos Digitais pode melhorar gestão de informações

Com informações da Agência Fapesp -  23/10/2017

Arquitetura de Objetos Digitais

Robert Khan e Vinton Cerf foram os responsáveis pelo desenvolvimento dos protocolos de comunicação que são a base da internet - os famosos TCP/IP, sigla em inglês para Protocolos de Controle de Transmissão e Protocolo de Internet.

Agora, Khan está-se dedicando a um outro esforço que pode ter um resultado de impacto similar: melhorar os níveis de segurança e garantir a integridade dos dados na internet por meio de um sistema de gestão de informações.

A plataforma, denominada "Arquitetura de Objetos Digitais" (DOA, na sigla em inglês), tem como objetivo fazer uma espécie de cadastro das informações disponíveis em formato digital - as informações são os chamados objetos digitais - e conferir a elas um identificador exclusivo, de modo a assegurar sua localização e controlar o acesso e seu uso ao longo do tempo.

Desta forma, o link para um texto publicado na internet - como este artigo que você está lendo - não seria perdido com eventuais mudanças no endereço (URL) porque seu identificador estaria associado não a um endereço ou a um servidor, mas a um objeto digital. Com isso, o sistema seguiria sempre o objeto digital a que o link está vinculado, mesmo que em um novo endereço.

Gerenciar informações na internet

Idealizado originalmente para gerenciar o acesso a publicações, como livros ou filmes disponíveis na internet, o sistema também está sendo cogitado para ser usado para administrar a comunicação na Internet das Coisas - rede de objetos físicos, como eletrodomésticos, veículos e outros com tecnologia embarcada, além de sensores capazes de coletar e transmitir dados.

"A Arquitetura de Objetos Digitais é uma extensão lógica da internet para gerenciar informações em formato digital," disse Khan durante evento em São Paulo. "Ela reduz as barreiras para a construção de sistemas de informação, permite que programas interajam diretamente com objetos digitais ou parte deles e permite a interoperabilidade de objetos digitais, incluindo os gerados por diferentes organizações, entre outras vantagens."

Em sua apresentação, Khan contou que o sistema começou a ser concebido no final da década de 1980, quando ele e Cerf perceberam a necessidade de desenvolver um método para gerenciar informações na internet. Essa constatação levou-os a desenvolver a programação knowbot - knowledge robot, ou robôs de conhecimento, que se tornaram a base dos robôs que os mecanismos de busca usam para indexar as informações na internet.

"Alguns componentes de gerenciamento de informação da programação knowbot- como o componente identificador das informações - foram a base para a Arquitetura de Objetos Digitais," explicou Khan.

• Foro global é necessário para regulamentar ambiente digital

Paralelo à web

O desenvolvimento da Arquitetura de Objetos Digitais aconteceu paralelamente à web - ou WWW (World Wide Web) - por Tim Berners-Lee, do CERN.

Desde então, os dois sistemas têm sido amplamente utilizados. Contudo, a web obteve uma aceitação mais rápida, embora seja focada principalmente na gestão de informações públicas, apresente segurança limitada e garanta o acesso apenas a curto prazo.

Já a Arquitetura de Objetos Digitais foi projetada para habilitar tanto informações públicas como privadas - ou uma combinação das duas - e para ser gerenciada em um ambiente de rede por períodos de tempo potencialmente muito longos. "Qualquer informação em formato digital pode ser gerenciada de forma segura pela Arquitetura de Objetos Digitais," afirmou Khan.

A fim de garantir a segurança, o sistema é baseado em um regime de criptografia de chave pública (PKI, na sigla em inglês). Por esse sistema, o criador de um objeto digital tem a possibilidade de restringir o acesso a pessoas ou máquinas conhecidas pelo sistema como usuários habilitados por seus respectivos identificadores.

Se, por exemplo, os registros médicos de pacientes de um hospital estiverem estruturados como um objeto digital, o acesso a essas informações confidenciais pode ser limitado a usuários autorizados, com base em seus identificadores e sua capacidade de responder com precisão a um desafio proposto pelo PKI.

Em alguns casos, o acesso pode significar permissão para obter uma entidade digital na sua totalidade. Em outros casos, o acesso pode significar permissão para executar operações específicas em toda ou parte da entidade digital. "O sistema permite garantir a segurança integrada de um objeto digital por meio de chaves públicas", afirmou Khan.

O sistema desenvolvido por Khan recebeu o aval da União Internacional de Telecomunicações (UIT-T), a agência da Organização das Nações Unidas (ONU) para tecnologias da informação e comunicação.

• EUA pedem fim da criptografia; UE quer criptografia pós-quântica

Aerogel de prata pode ser fabricado em escala industrial Redação do Site Inovação Tecnológica

Aerogel de prata pode ser fabricado em escala industrial

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/10/2017

A característica típica das espumas metálicas é a sua leveza: é prata pura, mas mais leve que um floco de algodão. [Imagem: LLNL]

Espumas metálicas

Um aerogel é um material de densidade tão baixa que é conhecido como "fumaça congelada" - espumas metálicas ou metais de alta porosidade também são usados para descrever esses materiais.

Além de superleves, as espumas metálicas têm uma área superficial extremamente elevada - elas são quase inteiramente "buracos" -, elevada condutividade elétrica e baixa condutividade termal.

Isto as torna excelentes para aplicações em células a combustível, baterias, dispositivos médicos e eletrônica - peças de alta rigidez para carros e aviões e catalisadores de metais nobres mais eficientes são outros exemplos de uso.

Aerogel de prata

Ocorre que os métodos convencionais de fabricação das espumas metálicas exigem condições complicadas, incluindo alta temperatura, alta pressão e atmosferas controladas. Isto resulta que, na maioria dos casos, esses métodos não são escalonáveis para produção industrial em massa.

Fang Qian, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA, demonstrou que não precisa ser assim.

Ele fabricou um aerogel de prata - já existem aerogéis de ouro e de diamante - partindo de nanofios de prata, dispensando todas aquelas condições exigentes.

Os nanofios de prata foram preparados por síntese de polióis e purificados por precipitação seletiva. Os aerogéis foram a seguir produzidos por moldagem por congelamento dos nanofios em suspensão aquosa, seguido por uma sinterização térmica para soldar as junções dos nanofios.

Como ganhos adicionais, os novos aerogéis de prata possuem densidades ajustáveis, estruturas de poros controladas, maior condutividade elétrica e melhores propriedades mecânicas, tornando o material atraente para aplicações práticas porque o aerogel pode ser fabricada com as especificações adequadas a cada aplicação.

Materiais mais leves do mundo

Os blocos de aerogel alcançaram uma densidade de 4,8 miligramas por centímetro cúbico.

Assim, eles não bateram o recorde de metal mais leve do mundo, que pertence a uma "fumaça sólida" feita de níquel - saindo dos metais, o título de material mais leve do mundo pertence ao aerogel de grafite.

Bibliografia:

Ultralight Conductive Silver Nanowire Aerogels
Fang Qian, Pui Ching Lan, Megan C. Freyman, Wen Chen, Tianyi Kou, Tammy Y. Olson, Cheng Zhu, Marcus A. Worsley, Eric B. Duoss, Christopher M. Spadaccini, Ted Baumann, T. Yong-Jin Han
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02790

Elétrons finalmente domados no grafeno abrem caminho para nanotransistores Redação do Site Inovação Tecnológica

Elétrons finalmente domados no grafeno abrem caminho para nanotransistores

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Um eletrodo atomicamente fino funciona para os elétrons da mesma forma que uma lente interfere com os raios de luz.[Imagem: Yuhang Jiang/Rutgers University-New Brunswick]

Elétrons no grafeno

Um dos grandes trunfos do grafeno é a altíssima mobilidade dos elétrons através de sua malha hexagonal, o que lhe dá uma condutividade muito superior à dos metais.

Mas essa vantagem traz suas próprias dificuldades: ocorre que, quando disparam pelo grafeno, os elétrons não param mais.

Desta forma, para fabricar um transístor de grafeno é necessário fazer buracos no material, que funcionam como barreiras para que os elétrons possam ser controlados. Mas isso traz seus próprios problemas de engenharia, já que é muito difícil fazer buracos precisos em um material monoatômico, inibindo seu uso em escala industrial.

A boa notícia é que, depois de muito trabalho, Yuhang Jiang e seus colegas da Universidade Rutgers, nos EUA, descobriram como domar os elétrons no grafeno, abrindo o caminho para o transporte ultrarrápido de energia em componentes nanoeletrônicos, virtualmente sem perdas de energia e dissipação na forma de calor.

Lente de elétrons

Os elétrons desvairados foram controlados aplicando uma tensão elétrica através da ponta finíssima de um microscópio de rastreamento, que é normalmente usado para fazer o mapeamento das superfícies dos materiais em 3D - onde a ponta toca o grafeno ela tem o diâmetro de um átomo.

Esse arranjo experimental lembra um sistema óptico. A ponta do microscópio cria um campo de força que aprisiona os elétrons ou modifica suas trajetórias, de forma similar ao efeito que uma lente exerce sobre raios de luz. Os elétrons podem ser presos e liberados, oferecendo um meio de alta eficiência para ligar e desligar a corrente elétrica, o que é a base do funcionamento de um transístor.

"Você pode aprisionar elétrons sem fazer furos no grafeno. Se você mudar a tensão, você pode liberar os elétrons. Assim é possível capturá-los e liberá-los à vontade," disse a professora Eva Andrei, coordenadora da equipe.

Embora a demonstração envolva equipamentos de laboratório cuidadosamente operados, agora será possível trabalhar para reproduzir o efeito a partir dos próprios componentes, eventualmente tornando possível fabricar nanotransistores de grafeno ultrarrápidos em escala industrial.

Bibliografia:

Tuning a circular p-n junction in graphene from quantum confinement to optical guiding
Yuhang Jiang, Jinhai Mao, Dean Moldovan, Massoud Ramezani Masir, Guohong Li, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Francois M. Peeters, Eva Y. Andrei
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2017.181

Efeito do Observador faz energia fluir contra a corrente Redação do Site Inovação Tecnológica

Efeito do Observador faz energia fluir contra a corrente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

No mundo da mecânica quântica, observar faz toda a diferença na realidade. [Imagem: K. Aranburu]

Efeito do Observador

O Efeito do Observador é um fenômeno bem conhecido da física quântica, em que a mera observação pode alterar o estado de uma partícula ou o resultado de uma medição.

Se já parecia um tanto estranho, agora esse efeito mostrou-se ainda mais poderoso do que se imaginava.

Basta que o observador olhe para um fluxo de energia - um fluxo de partículas, como elétrons ou íons, por exemplo - para que essas partículas invertam sua direção, literalmente correndo "contra a corrente".

Robert Biele e seus colegas da Universidade do País Basco apressam-se em dizer que o fenômeno que eles acabam de demonstrar não contraria nenhuma lei conhecida da física.

"Isto não constitui uma violação de qualquer teorema fundamental da física, nem a energia é criada a partir do nada. O que acontece é que o fato de olhar, de inserir um observador no sistema, age como um obstáculo, como se você fechasse um cano em uma tubulação através da qual a água está fluindo. Obviamente, se a carga começar a se acumular, ela acaba indo na direção oposta. Em outras palavras, o observador induz o estado do sistema para um estado que transmite a corrente ou a energia em direções opostas," resumiu o professor Angel Rubio, coordenador da equipe.

Olhe e inverta a corrente

Nos objetos macroscópicos - como em uma corrente de água - o fato de que alguém observa a corrente não afeta o fluxo da água e, de acordo com as leis da termodinâmica clássica, esse fluxo ocorre da parte superior para a parte inferior do sistema.

O mesmo acontece com os fluxos de temperatura, onde a energia passa do corpo mais quente para o mais frio, ou em sistemas elétricos, onde uma carga flui em direção a outra de sinal oposto.

No entanto, nos chamados dispositivos quânticos - formados por partículas em escala atômica, onde o que impera são as leis da mecânica quântica - "o processo de observação, o assistir, altera o estado do sistema, e isso torna mais provável que a corrente seja posta para fluir em uma direção ou em outra," explicou Rubio, que acrescenta a ressalva de que seus cálculos mostram que existem áreas específicas no dispositivo em que o olhar do observador não é capaz de alterar a direção da corrente.

• Demônio de Maxwell atômico faz sua própria Lei da Termodinâmica

No dispositivo projetado, o conjunto de átomos à esquerda, mais quente, flui igualmente pelas duas vias centrais rumo ao lado direito, mais frio. Mas basta inserir o observador em uma via para que o fluxo que passa por ela seja revertido, indo do mais frio para o mais quente. [Imagem: Robert Biele et al. - 10.1038/s41535-017-0043-6]

Da teoria para a prática

As mudanças na direção da corrente podem ser feitas de forma controlada: dependendo de onde o observador é inserido - para onde ele olha -, o fluxo pode ser alterado de uma forma previsível.

Controlar o calor ou a corrente elétrica dessa maneira pode abrir as portas para várias estratégias para projetar componentes de transporte quântico de informações com controle de direcionalidade. Isso seria muito útil no campo da spintrônica, da fonônica (a eletrônica do calor), dos sensores, da geração termoelétrica de estado sólido e vários outros.

Mas essas aplicações práticas ainda estão muito distantes no futuro porque é difícil projetar um "olho observador" consistente em um sistema quântico: "Trabalhamos a partir de uma perspectiva teórica na qual propusemos um modelo simples, no qual a teoria pode ser facilmente verificada porque toda a energia e os fluxos de entropia são preservados. Realizar esse processo experimentalmente seria outra questão. Embora o tipo de dispositivo que precisaria ser projetado exista, e fabricá-lo seria viável, hoje ainda não há possibilidade de fazer isso de maneira controlada," alertou Rubio.

Em vista dessa dificuldade, o grupo está explorando ideias similares que possam ser levadas mais facilmente para o campo prático, "outros mecanismos como uma alternativa aos observadores quânticos, que permitiriam obter efeitos semelhantes e que seriam mais realistas quando se trata de implementá-los experimentalmente," finalizou o pesquisador.

• Há várias Segundas Leis da Termodinâmica em nanoescala

Bibliografia:

Controlling heat and particle currents in nanodevices by quantum observation
Robert Biele, César A. Rodríguez-Rosario, Thomas Frauenheim, Angel Rubio
Nature Quantum Information
Vol.: 2, Article number: 38
DOI: 10.1038/s41535-017-0043-6

Supercomputador eletrônico contra-ataca e empurra computador quântico Com informações da New Scientist

Supercomputador eletrônico contra-ataca e empurra computador quântico

Com informações da New Scientist -  

A IBM afirma que seu objetivo é construir um computador quântico que possa "explorar problemas práticos", como o cálculo de reações químicas.[Imagem: Kandala et al./Nature]

Limites da computação clássica

Quando a computação quântica parecia prestes a vencer por nocaute, a computação clássica demonstrou uma capacidade de revide que ninguém esperava.

Engenheiros da IBM descobriram uma maneira de usar um supercomputador comum para simular um computador quântico com 56 qubits - uma tarefa que os especialistas consideravam impossível.

Até agora era amplamente aceito que um computador clássico não poderia simular mais do que 49 qubits devido a limitações de memória - a memória necessária para simulações aumenta exponencialmente com cada qubit adicional.

A demonstração empurra para bem mais longe o marco que estabeleceria a superioridade dos computadores quânticos sobre os computadores clássicos.

Tabelas multidimensionais

O mais próximo que alguém chegou de colocar à prova o limite teórico de 49 qubits foi uma simulação de 45 qubits feita recentemente no Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Zurique, que precisou de 500 terabytes de memória.

A nova simulação da IBM rodou os 56 qubits com apenas 4,5 terabytes.

Isso foi possível graças a um truque matemático que permite fazer uma representação numérica mais compacta de diferentes arranjos de qubits, conhecidos como estados quânticos.

Uma operação de computação quântica é tipicamente representada por uma tabela de números indicando o que deve ser feito a cada qubit para produzir um novo estado quântico. Em vez disso, Edwin Pednault e seus colegas usaram tensores, tabelas efetivamente multidimensionais ampliadas com eixos - além das tradicionais linhas e colunas.

Graças aos eixos adicionais, muito mais informações podem ser empacotadas nos tensores, desde que se saiba como escrevê-las na linguagem dos tensores. Pednault descobriu uma maneira de fazer exatamente isso para as operações da computação quântica.

Linha de chegada mais à frente

Embora ainda não esteja claro se a técnica permitirá fazer simuladores quânticos com computadores clássicos, outros pesquisadores da área concordam que a eventual supremacia do hardware dos qubits sobre os processadores de transistores eletrônicos agora terá que ser decidida em um patamar bem superior.

O Google havia anunciado que apresentaria um processador quântico de 49 qubits no final deste ano, batendo o conhecido "ex-limite teórico". Mesmo que consiga, contudo, isso agora não vai mais garantir a conquista da supremacia quântica.

Bibliografia:

Breaking the 49-Qubit Barrier in the Simulation of Quantum Circuits
Edwin Pednault, John A. Gunnels, Giacomo Nannicini, Lior Horesh, Thomas Magerlein, Edgar Solomonik, Robert Wisnieff
arXiv
https://arxiv.org/abs/1710.05867

Como o futebol de robôs está ajudando a revolucionar a robótica Com informações da Agência Brasil

Como o futebol de robôs está ajudando a revolucionar a robótica

Com informações da Agência Brasil -  

Robôs jogadores de futebol de projeto livre estão ajudando a mudar a área inteira da robótica, indo muito além da sua aparência de entretenimento.[Imagem: Felix Oprean/Uni Bonn]

Aprendizado de robôs

Um projeto desenvolvido pelas universidades de Campinas (Unicamp) e Federal de São Paulo (Unifesp) está usando simuladores de alta-fidelidade para desenvolver algoritmos de aprendizagem, que são a seguir transferidos para robôs reais.

O trabalho destaca-se por reunir sistemas cognitivos que fazem os robôs aprenderem a enxergar as coisas, a se comportar e a tomar as decisões corretas, retransmitindo esses comportamentos e aperfeiçoando-os.

"Uma das formas de aprender é por imitação e também por interação com o ambiente. O robô interage com o mundo e aprende como se comportar da melhor forma, de acordo com o que a gente quer, como correr, andar, pegar alguma coisa. A gente escreve algoritmos de aprendizado por reforço para que eles aprendam como realizar determinadas tarefas," explica a professora Esther Luna Colombini.

Treino no futebol

Um dos principais bancos de testes da equipe é o futebol de robôs porque as técnicas necessárias para driblar o adversário, localizar os companheiros e adversários, encontrar espaço para um passe e atuar em equipe para objetivos comuns - defender-se e fazer gols - são mais difíceis do que se pode imaginar a princípio e podem ser usadas em uma gama variada de aplicações.

As técnicas são experimentadas e estudadas dentro desse contexto porque ele é complexo, mas podem ser transferidas para diversas outras áreas de aplicação. Com isto, o desenvolvimento tem um alcance muito além da prática do futebol ou da participação em competições.

"O projeto de locomoção de robôs pode ser transferido para um exoesqueleto que ajude uma pessoa que tenha deficiência, por exemplo," exemplifica Esther. "O sistema que usamos para o robô se localizar dentro do campo pode ser usado por um robô que está fazendo a limpeza de uma casa saber onde está, quais áreas já limpou, para onde tem que ir. O mesmo sistema de localização pode ser usado por um robô aéreo que vai identificar desmatamento em uma área. Muitas vezes o uso não é direto, mas as técnicas são usadas para cenários parecidos."

Os robôs cirurgiões estão entre os que mais têm a ganhar com o aprendizado a partir da observação do trabalho de humanos. [Imagem: University of Washington]

Robôs para interação com humanos

Atualmente, muitos robôs são usados em procedimentos cirúrgicos ou para agilizar processos em fábricas. Para essas aplicações, eles não necessariamente precisam ser humanoides. Mas é fundamental que os robôs que passarão a ter maior interação com seres humanos ou que serão usados para entretenimento estejam mais próximos aos humanos em comportamento, movimento e até na fala.

"Cada vez mais os robôs estão sendo usados em aplicações onde tem humanos, isso significa que eles têm que aprender a não colidir com humanos, a entregar objetos, tem toda essa parte de coordenação dos movimentos, mas também tem a parte de entender as emoções humanas, como reconhecer a voz, o humor, então temos muitos estudos da parte da psicologia e da cognição para tentar refletir isso nos robôs", acrescenta Esther.

De acordo com a pesquisadora, o desenvolvimento da robótica está se acelerando devido a uma mudança de direção na forma como o desafio passou a ser encarado.

"Essa área está focando muito em algo que é típico do humano, que é a capacidade de aprender, isso é o que está mudando a área. Em vez de fazermos programas que resolvam os problemas da forma como mandamos, queremos necessariamente que o sistema aprenda com o ambiente a resolver da melhor forma," finalizou Esther.

Metal líquido fabrica camadas metálicas de espessura atômica Redação do Site Inovação Tecnológica

Metal líquido fabrica camadas metálicas de espessura atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

As camadas monoatômicas podem ser deixadas por onde a gota de metal líquido escorre ou pode ser coletada diretamente no material. [Imagem: RMIT University]

Materiais bidimensionais em escala industrial

No que está sendo saudado como "uma descoberta que se faz uma vez em cada década", pesquisadores australianos descobriram como usar metal líquido para criar materiais bidimensionais, com espessura atômica ou molecular.

Lembre-se que o grafeno rendeu o Prêmio Nobel depois de ser extraído do grafite usando uma fita adesiva, e até hoje é difícil fabricá-lo em escala industrial. A molibdenita e a perovskita estão um pouco à frente em termos de aplicações tecnológicas, mas estão no mesmo barco quando o assunto é a fabricação industrial.

Daí a importância do trabalho de Ali Zavabeti e seus colegas da Universidade RMIT, que desenvolveram uma técnica que sintetiza películas atomicamente finas de óxidos metálicos em temperatura ambiente - as ligas metálicas conhecidas como metais líquidos, ao contrário de metais fundidos, são líquidas por volta dos 30ºC.

Isso abre o caminho da indústria para as inúmeras tecnologias de armazenamento de dados e computação que vêm sendo demonstradas ao longo dos últimos anos com esses materiais monoatômicos, além de ter o potencial de revolucionar a forma como fazemos química, reformulando os métodos de fabricação de produtos químicos que vão dos medicamentos aos fertilizantes e plásticos.

"Nós prevemos que essa tecnologia se aplique a aproximadamente um terço da Tabela Periódica. Muitos desses óxidos atômicos são materiais semicondutores ou dielétricos. Os componentes semicondutores e dielétricos são a base dos aparelhos eletrônicos e ópticos atuais. Espera-se que, trabalhando com componentes atomicamente finos, cheguemos a uma eletrônica melhor e mais eficiente em termos energéticos. Essa capacidade tecnológica nunca esteve acessível antes," afirmou o professor Torben Daeneke, coordenador da equipe.

Esquema do processo, que funciona a temperatura ambiente. [Imagem: Ali Zavabeti et al. - 10.1126/science.aao4249]

Metal líquido

A coisa é tão simples quanto parece - com os materiais em mãos, dá para fazer em casa, embora seja necessário um microscópio eletrônico para ver o resultado e tirar proveito dele.

A técnica consiste em dissolver em metal líquido os materiais que se deseja depositar na forma de camadas monoatômicas - isso inclui virtualmente todos os óxidos metálicos, que ainda não existem como estruturas em camadas bidimensionais.

A seguir, assim como um lápis passando sobre um papel deixa camadas de grafeno, o metal líquido é posto para escorrer de forma controlada sobre uma superfície, deixando atrás de si as camadas atômicas de óxidos metálicos. Também se pode trabalhar com gotas do material, coletando as camadas atômicas com uma superfície plana, como o substrato de um chip, por exemplo.

"Nós usamos ligas não-tóxicas de gálio, um metal parecido com o alumínio, como um meio de reação para cobrir a superfície do metal líquido com camadas atomicamente finas de óxido do metal adicionado, em vez do óxido de gálio natural.

"Essa camada de óxido pode então ser esfoliada simplesmente tocando o metal líquido com uma superfície lisa. Maiores quantidades dessas camadas atômicas finas podem ser produzidas injetando ar no metal líquido, em um processo que é semelhante a fazer o leite espumar na preparação de um cappuccino," detalhou Daeneke.

Bibliografia:

A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides
Ali Zavabeti, Jian Zhen Ou, Benjamin J. Carey, Nitu Syed, Rebecca Orrell-Trigg, Edwin L. H. Mayes, Chenglong Xu, Omid Kavehei, Anthony P. O Mullane, Richard B. Kaner, Kourosh Kalantar-zadeh, Torben Daeneke
Science
Vol.: 358, Issue 6361, pp. 332-335
DOI: 10.1126/science.aao4249

Células solares transparentes prontas para envelopar o mundo Redação do Site Inovação Tecnológica

Células solares transparentes prontas para envelopar o mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Este módulo captura a energia solar fora do espectro visível, o que o torna altamente transparente, não interferindo com a iluminação dos edifícios. [Imagem: Michigan State University]

Painéis solares transparentes

As células solares transparentes já estão prontas para fazer a diferença na geração de energia renovável.

É o que defende uma equipe da Universidade do Estado de Michigan, nos EUA, que afirma que painéis solares instalados em janelas e vidraças, juntamente com os painéis solares tradicionais, instalados nos telhados, podem virtualmente atender a toda a demanda de energia de um país.

"As células solares altamente transparentes representam a onda do futuro para novas aplicações solares. Nós analisamos o potencial delas e mostramos que, ao colher somente a luz invisível, esses dispositivos podem fornecer um potencial de geração de eletricidade semelhante ao dos painéis solares dos telhados, oferecendo funcionalidades adicionais para aumentar a eficiência de edifícios, automóveis e dispositivos móveis," confirma o professor Richard Lunt.

O pesquisador se refere às células solares de película fina feitas de materiais plásticos - orgânicos - e que são capazes de capturar fótons em comprimentos de onda acima ou abaixo da luz visível.

Esses materiais podem ser ajustados para capturar os comprimentos de onda ultravioleta e infravermelho próximo, por exemplo, convertendo em eletricidade essa energia que é tipicamente desperdiçada pelas células solares cristalinas de silício.

Mais lugares onde o Sol brilha

Em termos de potencial gerador de eletricidade, a equipe calculou que há de 5 a 7 bilhões de metros quadrados de superfícies envidraçadas apenas nos Estados Unidos. E, com tanto vidro para cobrir, as tecnologias solares transparentes têm o potencial de fornecer cerca de 40% da demanda de energia do país - mais ou menos o mesmo potencial que os painéis solares de telhado.

"A implantação complementar de ambas as tecnologias poderia nos aproximar de 100% da nossa demanda se também melhorarmos o armazenamento de energia," disse Lunt.

As células solares altamente transparentes estão registrando eficiências de apenas cerca de 5%, enquanto os painéis solares de silício normalmente têm de 15% a 18% de eficiência. Embora as tecnologias solares transparentes provavelmente nunca se tornem mais eficientes do que suas equivalentes opacas, elas contam com a vantagem de poderem ser aplicadas em muito mais área - não apenas nos telhados, mas também nas laterais inteiras de edifícios e casas, além dos veículos e outros equipamentos.

"As aplicações solares tradicionais têm sido pesquisadas ativamente por mais de cinco décadas, mas começamos a trabalhar nessas células solares altamente transparentes há apenas cerca de cinco anos. Em última análise, esta tecnologia oferece uma rota promissora para a adoção solar econômica e barata em larga escala em superfícies pequenas e grandes que anteriormente eram inacessíveis," finalizou Lunt.

Bibliografia:

Emergence of highly transparent photovoltaics for distributed applications
Christopher J. Traverse, Richa Pandey, Miles C. Barr, Richard R. Lunt
Nature Energy
DOI: 10.1038/s41560-017-0016-9

Material fica mais macio quando virado de cabeça pra baixo Redação do Site Inovação Tecnológica

Material fica mais macio quando virado de cabeça pra baixo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/10/2017

Os efeitos combinados da piezoeletricidade e da flexoeletricidade tornam mais fácil furar ou fazer entalhes no material apenas virando-o de cabeça para baixo. [Imagem: ICN2]

Piezoeletricidade mais flexoeletricidade

Combinando os efeitos da flexoeletricidade e da piezoeletricidade, pesquisadores descobriram que materiais polares podem ser mais ou menos resistentes quando são virados de cabeça para baixo... ou quando uma tensão elétrica é aplicada para inverter sua polarização.

Isto abre o caminho para o desenvolvimento de "materiais mecânicos inteligentes" para uso em revestimentos ajustáveis e memórias ferroelétricas.

O efeito piezoelétrico é a característica de alguns sólidos de gerar um campo elétrico quando são comprimidos ou esticados ou, ao contrário, dão um tranco quando recebem uma tensão elétrica. O efeito flexoelétrico é similar, mas opera quando o material sofre uma flexão ou deformação. Materiais polares são aqueles que podem desenvolver uma polarização mesmo na ausência de um campo elétrico, o que implica que todos eles são piezoelétricos.

Virar para ficar mais macio

Kumara Cordero, da Universidade Autônoma de Barcelona, descobriu como a resistência à indentação dos cristais polares pode ser manipulada de forma a tornar mais fácil ou mais difícil arrancar pedaços desses cristais a partir de uma determinada direção - a indentação refere-se a fazer um recorte dentado, um pequeno entalhe no material.

Esse fenômeno, muito estranho, mas real, resulta da interação entre a polarização flexoelétrica causada pelo esforço mecânico do entalhe, por um lado, e da polarização piezoelétrica inerente aos cristais polares, por outro.

Se as duas polarizações forem paralelas, a polarização geral será muito forte, resultando em um maior custo de energia, o que por sua vez torna o ato de indentação mais difícil.

Mas basta virar o material de ponta cabeça para que o efeito flexoelétrico do impacto que tenta fazer o entalhe passe a atuar na direção oposta ao efeito piezoelétrico espontâneo, tornando a polarização total mais fraca, facilitando fazer um furo ou tirar uma fatia do material.

E há mais. No caso de um subconjunto específico de materiais piezoelétricos, os chamados ferroelétricos, nem sequer é necessário virar fisicamente o material de cabeça para baixo - podemos simplesmente aplicar uma tensão externa para inverter seu eixo polar. E ele fica mais macio.

Basta tocar

Estes efeitos incomuns foram observados não apenas para indentações e perfurações, mas também para pressões mais suaves e não-destrutivas aplicadas pela ponta de um microscópio de força atômica.

Além de aplicações potenciais em revestimentos inteligentes com tenacidade configurável, esses efeitos poderão ser usados para ler os dados de memórias ferroelétricas por meio de um mero contato.

Bibliografia:

Ferroelectrics as Smart Mechanical Materials
Kumara Cordero-Edwards, Neus Domingo, Amir Abdollahi, Jordi Sort, Gustau Catalan
Advanced Materials
Vol.: 29 (37): 1702210
DOI: 10.1002/adma.201702210

IBM faz inteligência artificial com computação sem processador Redação do Site Inovação Tecnológica

IBM faz inteligência artificial com computação sem processador

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Protótipo do chip que faz computação usando apenas a memória. [Imagem: IBM]

Computação em memória

A "computação em memória" - ou "memória computacional" - é um conceito emergente que usa as propriedades físicas das memórias de computador para processar informações, além de armazená-las.

Isso é bem diferente da computação atual, baseada na arquitetura von Neumann, o que inclui todos os computadores, celulares e demais aparelhos de informática, que precisam fazer os dados transitarem entre a memória e o processador, o que os torna mais lentos e menos eficientes em termos de energia.

A IBM está anunciando agora que seus engenheiros conseguiram rodar um algoritmo de aprendizado de máquina sem supervisão em um milhão de células de memória de mudança de fase (PCM), uma tecnologia na qual a empresa vem trabalhando há vários anos - assim como a Intel e outras fabricantes de semicondutores.

O programa de inteligência artificial rodou e encontrou correlações temporais em fluxos de dados desconhecidos, comprovando a efetividade da memória computacional. Os resultados foram aferidos em um computador comum.

Em comparação com os computadores clássicos de ponta, os engenheiros calculam que esta tecnologia - ainda em fase de protótipo - produza ganhos de 200 vezes em velocidade de processamento e em eficiência energética, tornando a computação em memória altamente interessante tanto para sistemas de computação ultradensa, como nos centros de dados, e aplicações paralelas, como na inteligência artificial, como também para aparelhos de baixa potência, onde a duração das baterias é importante.

Memórias que fazem cálculos

A equipe usou células de memória PCM feitas de uma liga de telureto de antimônio e germânio, semicondutores que são empilhados de forma intercalada entre dois eletrodos.

Quando uma corrente elétrica é aplicada ao material, ele se aquece, o que altera seu estado de amorfo (com um arranjo atômico desordenado) para cristalino (com uma configuração atômica ordenada) - esta é a mudança de fase que dá nome à tecnologia.

Para fazer os cálculos, a corrente elétrica aplicada é dosada de acordo com o dado a ser processado. A memória responde com uma dinâmica de cristalização correspondente à corrente, de forma que o resultado da operação é expresso em seu estado de condutância final, determinado pelo processo de cristalização.

Esquema do algoritmo de computação em memória. [Imagem: IBM]

"Este é um passo importante em nossa pesquisa da física da inteligência artificial, que explora novos materiais de hardware, dispositivos e arquiteturas," disse Evangelos Eleftheriou, que recentemente ajudou a criar memórias com três bits por célula.

"À medida que as leis de escalonamento da tecnologia CMOS se desintegram devido aos limites tecnológicos, é necessário um abandono radical da dicotomia processador-memória para contornar as limitações dos computadores atuais. Dada a simplicidade, alta velocidade e baixa energia de nossa abordagem de computação em memória, é notável que nossos resultados sejam tão parecidos com nossa abordagem clássica de referência executada em um computador von Neumann," finalizou Eleftheriou.

Bibliografia:

Temporal correlation detection using computational phase-change memory
Abu Sebastian, Tomas Tuma, Nikolaos Papandreou, Manuel Le Gallo, Lukas Kull, Thomas Parnell, Evangelos Eleftheriou
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 1115
DOI: 10.1038/s41467-017-01481-9