Cientistas financiados pela UE conseguiram redefinir o ampere em termos de constantes fundamentais da física. Com base na carga do elétron, o dispositivo microscópico recém-desenvolvido foi relatado como a técnica mais precisa para fazer medições de minúsculas correntes até hoje.

Nas últimas décadas, a necessidade de medições cada vez mais precisas e confiáveis ​​determinou uma mudança em direção a padrões baseados em quantidades fundamentais da natureza.

Dentro do projeto SINHOPSI, financiado pela UE, pesquisadores da Universidade de Cambridge, o National Physical Laboratory e a Hitachi Ltd uniram forças na criação de uma nova tecnologia quântica crítica para a criação de um novo padrão para corrente elétrica com base em cargas eletrônicas. As demonstrações experimentais avançaram o estado da arte da geração precisa de corrente elétrica e do sensoriamento remoto de carga única.

"Os sistemas baseados em quantum são reconhecidos como as ferramentas metrológicas mais estáveis ​​e confiáveis, pois podem ser fortemente interligados com constantes fundamentais por meio de sua descrição matemática, "observa o Dr. Alessandro Rossi.

Afastando-se de artefatos físicos

O sistema internacional de unidades (SI) define sete quantidades que são consideradas os blocos de construção da física. Este sistema está evoluindo e mudando conforme surgem novos conhecimentos e necessidades de medição. "Estamos atualmente no meio de uma revolução na ciência da metrologia, onde todas as sete unidades básicas - o medidor, quilograma, segundo, Kelvin, ampere, toupeira e candela - serão finalmente ancorados nas constantes invariáveis ​​da natureza, "diz o Dr. Rossi." Essas definições devem ser estáveis ​​ao longo do tempo, universalmente reproduzível e não baseado em objetos que mudam de forma, perder integridade ou alterar características ao longo do tempo. "

A maioria das unidades de base do SI tem agora uma definição física clara, assim como o metro que é definido pela distância que a luz percorre em um determinado tempo. Contudo, a definição do ampere está sujeita à instabilidade. No momento, um ampere é definido como a corrente constante fluindo em dois estreitos, condutores paralelos infinitamente longos colocados a um metro de distância no vácuo que produzem uma força igual a 2 × 10–7 Newtons entre eles por metro de comprimento. "Esta formulação do século XIX é, Contudo, pesado, imprecisos e impossíveis de implementar em um experimento real sem fazer aproximações comprometedoras, "observa o Dr. Rossi.

Novo dispositivo semelhante a um transistor

Para redefinir o ampere, os cientistas agora adotaram uma nova abordagem baseada na fabricação de dispositivos eletrônicos quânticos do tamanho de nanômetros e operando-os em temperaturas quase zero absolutas. Esses dispositivos são chamados de bombas de elétron único (SEPs), pois emitem precisamente um elétron por vez e prometem maior precisão e estabilidade para a geração de corrente elétrica do que qualquer outro dispositivo.

O tipo mais confiável desses dispositivos faz uso de pontos quânticos definidos eletrostaticamente, que são pequenas regiões de um material semicondutor onde elétrons individuais podem ser capturados e liberados à vontade. Para fabricar o SEP, Os cientistas do SINHOPSI usaram nanotransistores de silício que apresentam uma vantagem de ponta sobre as tecnologias competitivas. "A novidade desses dispositivos depende da capacidade de ajustar cuidadosamente o tamanho do ponto quântico, resultando em um aumento marcante em termos de precisão da corrente elétrica, "explica o Dr. Rossi.

O SINHOPSI desenvolveu e testou os SEPs mais precisos baseados em nanoeletrônica de silício até hoje. Em particular, cientistas relataram que esses dispositivos recentemente desenvolvidos são três vezes mais precisos do que aqueles que estabeleceram o recorde mundial anterior, enquanto eles mantêm a precisão em um nível de três partes por milhão. "Se considerarmos o que isso significa no nível de elétrons individuais, podemos dizer que a cada segundo, conseguimos capturar e transferir 1 bilhão de elétrons com um erro de 270 elétrons ou menos. Nenhum outro sistema eletrônico é tão preciso, "observa o Dr. Rossi.

Contagem de aerossol

Além das implicações de longo alcance decorrentes da redefinição da unidade de ampere, a nova bomba pode ser útil em várias áreas, incluindo a determinação dos níveis de radioatividade em câmaras de ionização e a contagem de partículas de aerossol no ar. Em ambos os casos, as fontes de corrente de referência estáveis ​​recentemente desenvolvidas desenvolvidas no SINHOPSI podem melhorar significativamente a precisão e disponibilidade da capacidade de calibração de pequenas correntes.