Uma equipe de físicos UO criou uma nova maneira de medir a luz:usando tambores microscópicos para ouvir a luz.

A tecnologia do Laboratório Alemán, conhecido como um "bolômetro nanomecânico de grafeno, "aproveita um novo método e material promissor para detectar quase todas as cores de luz em altas velocidades e altas temperaturas.

"Esta ferramenta é a mais rápida e sensível de sua classe, "disse Benjamín Alemán, professor de física e membro do UO's Center for Optical, Molecular, e Quantum Science e um associado do Phil and Penny Knight Campus para Acelerar o Impacto Científico.

O dispositivo oferece uma alternativa à forma convencional de usar eletricidade para medir a luz, como encontrado em dispositivos como a câmera de um smartphone. Em vez de, este método mecânico captura as vibrações de tambores infinitesimalmente finos que são causadas pela luz. Os físicos obtêm medidas ouvindo o som da luz absorvida pela pele do tambor.

A forma como a tecnologia funciona é semelhante ao efeito de bater um tambor em um dia quente. À medida que o instrumento aquece sob o sol forte, a membrana da pele se expandirá e seu tom mudará, emitindo um tom diferente do que em temperaturas mais baixas.

As ondas de luz fazem a mesma coisa com os bolômetros mecânicos. Conforme a luz atinge a pele do dispositivo, a membrana aquece, expande, e o tom vibratório muda. Os físicos podem rastrear essas mudanças de pitch para medir a quantidade de luz que atinge o dispositivo.

"Esta é uma maneira muito nova de detectar a luz, "disse David Miller, estudante de doutorado no Laboratório Alemán. "Estamos usando um método puramente mecânico para transformar luz em som. Isso tem a vantagem de poder ver uma gama muito mais ampla de luz."

Ele continua explicando que os detectores convencionais são muito confiáveis ​​na leitura de luz de alta energia, como luz visível ou raios-X, mas menos adepto da medição dos comprimentos de onda mais longos no espectro eletromagnético, incluindo ondas infravermelhas e de rádio. O dispositivo mecânico preenche esse vazio e permite que os físicos detectem luz de quase qualquer comprimento de onda, que pode ser especialmente útil em observações astronômicas, imagens térmicas e médicas do corpo e visão profunda no infravermelho.

A equipe construiu o dispositivo esticando primeiro uma fina folha de átomos sobre um orifício feito em um pedaço de silício. Então, usando uma técnica desenvolvida anteriormente no laboratório, eles cortaram o lençol para se parecer com um trampolim - um realmente, realmente pequeno trampolim.

O dispositivo tem um décimo da largura de um cabelo humano, enquanto o material usado para o trampolim é ainda menor - um único átomo de espessura, cerca de um milhão de vezes mais fino do que aquela mesma mecha de cabelo.

"Este sistema usa grafeno, que é apenas uma única camada de átomos. É o mais pequeno possível ", disse Andrew Blaikie, outro aluno de doutorado no Laboratório Alemán e autor principal do artigo, que foi publicado em Nature Communications esta semana.

Grafeno, um material descoberto em 2004, é o ingrediente chave para o sucesso da tecnologia. É um pequeno, mas poderoso, material. Embora seja o material mais fino possível, o grafeno é 200 vezes mais forte que o aço e extraordinariamente flexível. Seu descobridor até ganhou o Prêmio Nobel de Física de 2010 por seu potencial para revolucionar a física e a engenharia.

As propriedades mecânicas do grafeno permitem que o material responda às mudanças de temperatura incrivelmente rápido, o que permite medir a luz em taxas igualmente rápidas.

"O grafeno ofereceu uma perspectiva tentadora para a detecção de luz ultrassensível e ultrarrápida, "Blaikie disse." Ele também possui uma capacidade incomparável de medir quase qualquer comprimento de onda de luz e pode suportar temperaturas muito mais altas do que os detectores convencionais. "

A equipe de físicos conseguiu aproveitar os poderes do grafeno por meio de sua abordagem mecânica para medir a luz. Embora repleto de potencial para detecção de luz, o material teve um desempenho insatisfatório por meio dos métodos tradicionais de uso de resistência elétrica para medir a luz, principalmente devido à necessidade de ser resfriado a temperaturas ultrabaixas para ser útil em detectores convencionais.

Quando perceberam que podiam transformar luz em som por meio de seu método mecânico, eles foram capazes de desbloquear as perspectivas do grafeno e criar o ultrarrápido, dispositivo ultrassensível que se destaca em, e muito acima, temperatura do quarto.

Sua capacidade de funcionar em uma ampla gama de temperaturas é uma das qualidades mais vantajosas do dispositivo quando se trata de medir a luz, Blaikie explicou. Pode operar em temperatura ambiente, que permite portabilidade crítica, e pode funcionar sob alta temperatura, que é um benefício que os detectores de luz tradicionais não oferecem, muitos deles falharão no que é conhecido como "efeito de queimadura de sol, "quando eles começam a quebrar conforme a temperatura aumenta.

"O grafeno é um material termicamente estável que pode suportar temperaturas acima de 2, 000 graus Celsius, "Blaikie disse.

Sua versatilidade e natureza ultrassensível posicionam o bolômetro nanomecânico para ser uma ferramenta útil em muitas áreas da ciência, Medicina, manufatura industrial e astronomia. O Laboratório Alemán tem uma patente pendente para a tecnologia.

"Esperamos que este dispositivo ajude os cientistas a desvendar os mistérios do nosso Sol e de outras estrelas, melhorar o diagnóstico médico por meio de imagens térmicas de raios-X mais seguras, e ajudar os bombeiros a enxergar melhor em incêndios para salvar mais vidas, "Disse Alemán.