Europa é mais do que apenas uma das muitas luas de Júpiter – é também um dos lugares mais promissores do sistema solar para procurar vida extraterrestre. Menos de 10 quilômetros de gelo é um oceano de água líquida que poderia sustentar a vida. Mas com temperaturas de superfície de -180 graus Celsius e com níveis extremos de radiação, também é um dos lugares mais inóspitos do sistema solar. Explorar Europa pode ser possível nos próximos anos graças a novas aplicações para pesquisa de tecnologia de transistor de silício-germânio na Georgia Tech.
Regents' Professor John D. Cressler na Escola de Engenharia Elétrica e de Computação (ECE) e seus alunos têm trabalhado com transistores bipolares de silício-germânio heterojunção (SiGe HBTs) por décadas e descobriram que eles têm vantagens únicas em ambientes extremos como Europa .

“Devido à maneira como são feitos, esses dispositivos realmente sobrevivem a essas condições extremas sem nenhuma alteração feita na própria tecnologia subjacente”, disse Cressler, investigador do projeto. "Você pode construí-lo para o que você quer que ele faça na Terra, e então você pode usá-lo no espaço."

Os pesquisadores estão no primeiro ano de uma bolsa de três anos no programa NASA Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology (COLDTech) para projetar a infraestrutura eletrônica para as próximas missões à superfície da Europa. A NASA planeja lançar o Europa Clipper em 2024, uma espaçonave em órbita que mapeará os oceanos de Europa e, eventualmente, enviará um veículo de pouso, Europa Lander, para perfurar o gelo e explorar seu oceano. Mas tudo começa com a eletrônica que pode funcionar no ambiente extremo de Europa.

Cressler e seus alunos, juntamente com pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL) e da Universidade do Tennessee (UT), demonstraram as capacidades dos SiGe HBTs para esse ambiente hostil em um artigo apresentado no IEEE Nuclear and Space Radiation Effects Conferência em julho.

Desafio da Europa

Como a Terra, Júpiter também tem um núcleo de metal líquido que gera um campo magnético, produzindo cinturões de radiação de prótons e elétrons de alta energia do vento solar. Infelizmente, como uma lua de Júpiter, Europa fica exatamente nesses cinturões de radiação. Com efeito, qualquer tecnologia projetada para a superfície de Europa precisaria não apenas sobreviver às temperaturas frias, mas também à pior radiação encontrada no sistema solar.

Felizmente, os HBTs SiGe são ideais para esse ambiente hostil. O SiGe HBT introduz uma liga Si-Ge em nanoescala dentro de um transistor bipolar típico para nanoengenharia de suas propriedades, produzindo efetivamente um transistor muito mais rápido, mantendo a economia de escala e o baixo custo dos transistores de silício tradicionais. Os HBTs SiGe têm a capacidade única de manter o desempenho sob exposição extrema à radiação, e suas propriedades melhoram naturalmente em temperaturas mais frias. Uma combinação tão única os torna candidatos ideais para a exploração da Europa.

"Não é apenas fazer a ciência básica e provar que o SiGe funciona", disse Cressler. "Na verdade, está desenvolvendo eletrônicos para a NASA usar em Europa. Sabemos que o SiGe pode sobreviver a altos níveis de radiação. E sabemos que permanece funcional em temperaturas frias. O que não sabíamos é se ele poderia fazer as duas coisas ao mesmo tempo, o que é necessários para missões de superfície na Europa."

Teste dos transistores

Para responder a essa pergunta, os pesquisadores do GT usaram o Dynamitron do JPL, uma máquina que dispara elétrons de alto fluxo a temperaturas muito baixas para testar SiGe em ambientes do tipo Europa. Eles expuseram SiGe HBTs a um milhão de elétrons Volt a uma dose de radiação de cinco milhões de rads de radiação (200-400 rads é letal para humanos), a 300, 200 e 115 Kelvins (-160 Celsius).

"O que nunca foi feito foi usar a eletrônica como fizemos nesse experimento", disse Cressler. "Então, trabalhamos literalmente no primeiro ano para obter os resultados que estão nesse artigo, que é, em essência, uma prova definitiva de que o que afirmamos é, de fato, verdade - que o SiGe sobrevive às condições da superfície da Europa".

Nos próximos dois anos, os pesquisadores do GT e da UT desenvolverão circuitos reais de SiGe que poderão ser usados ​​na Europa, como rádios e microcontroladores. Ainda mais importante, esses dispositivos poderiam ser usados ​​perfeitamente em quase qualquer ambiente espacial, inclusive na Lua e em Marte.

“Se Europa é o ambiente de pior caso no sistema solar, e você pode construí-los para funcionar em Europa, eles funcionarão em qualquer lugar”, disse Cressler. "Esta pesquisa une pesquisas anteriores que fizemos em minha equipe aqui na Georgia Tech por um longo tempo e mostra aplicações realmente interessantes e inovadoras dessas tecnologias. Temos orgulho de usar nossa pesquisa para abrir novos caminhos inovadores e, assim, permitir novas aplicações ." + Explorar mais

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