p (PhysOrg.com) - Na vanguarda da nanotecnologia, pesquisadores projetam máquinas em miniatura para fazer grandes trabalhos, desde o tratamento de doenças até o aproveitamento da luz solar para obter energia. Mas, à medida que expandem os limites dessa tecnologia, os dispositivos estão se tornando tão pequenos e sensíveis que o comportamento dos átomos individuais começa a atrapalhar. Agora, os pesquisadores do Caltech têm, pela primeira vez, mediu e caracterizou essas flutuações atômicas - que causam ruído estatístico - em um dispositivo em nanoescala. p O físico Michael Roukes e seus colegas são especializados na construção de dispositivos chamados de sistemas nanoeletromecânicos - NEMS, para abreviar - que têm uma infinidade de aplicações. Por exemplo, detectando a presença de proteínas que são marcadores de doença, os dispositivos podem servir como ferramentas de diagnóstico baratas e portáteis - úteis para manter as pessoas saudáveis ​​em partes pobres e rurais do mundo. Dispositivos semelhantes podem medir gases tóxicos em uma sala fechada, fornecendo um aviso para os habitantes.

p Dois anos atrás, O grupo de Roukes criou o primeiro espectrômetro de massa nanomecânico do mundo, permitindo aos pesquisadores medir a massa de uma única molécula biológica. O dispositivo, um ressonador que se assemelha a uma pequena ponte, consiste em uma tira fina de material de 2 mícrons de comprimento e 100 nanômetros de largura que vibra a uma frequência de ressonância de várias centenas de megahertz. Quando um átomo é colocado na ponte, a frequência muda em proporção à massa do átomo.

p Mas com dispositivos cada vez mais sensíveis, os movimentos aleatórios dos átomos entram em jogo, gerando ruído estatístico. "É como uma névoa ou fumaça que obscurece o que você está tentando medir, "diz Roukes, quem é professor de física, física aplicada, e bioengenharia. Para distinguir o sinal do ruído, os pesquisadores precisam entender o que está causando a confusão.

p Então, Roukes - junto com o ex-aluno de graduação e cientista da equipe Philip X. L. Feng, ex-aluno de pós-graduação Ya-Tang (Jack) Yang, e o ex-pós-doutorado Carlo Callegari - começou a medir esse ruído em um ressonador NEMS. Eles descreveram seus resultados na edição de abril da revista Nano Letters.

p Em seu experimento, os pesquisadores pulverizaram gás xenônio em um ressonador em forma de ponte que é semelhante ao que eles usaram para pesar moléculas biológicas. O xenônio pode se acumular em uma camada de um átomo de espessura na superfície, como bolas de gude cobrindo uma mesa. Em tal arranjo - a chamada monocamada - os átomos estão tão compactados que não têm muito espaço para se mover. Mas para estudar o ruído, os pesquisadores criaram uma submonocamada, que não tem átomos suficientes para cobrir completamente a superfície do ressonador. Por causa do espaço extra, os átomos têm mais liberdade para se mover, o que gera mais ruído no sistema.

p Os átomos na submonocamada fazem uma das três coisas:eles aderem à superfície, se soltar e voar, ou deslizar. Ou em física fale, os átomos absorvem, dessorver, ou difuso. Teorias anteriores previam que o ruído era provavelmente devido à aderência e descolamento de átomos. Mas agora que os pesquisadores foram capazes de observar o que realmente acontece em tal dispositivo, eles descobriram que a difusão domina o ruído. O que é digno de nota, os pesquisadores dizem, é que eles descobriram que quando um átomo desliza ao longo da superfície do ressonador, faz com que a frequência de vibração do dispositivo flutue. Esta é a primeira vez que alguém mede esse efeito, já que dispositivos anteriores não eram sensíveis a este tipo de difusão. Eles também encontraram novas leis de potência nos espectros de frequências de ruído - descrições quantitativas das frequências nas quais os átomos vibram.

p Ainda há muito que aprender sobre a física desse ruído, dizem os pesquisadores. Em última análise, eles precisarão descobrir como se livrar dele ou suprimi-lo para construir dispositivos NEMS melhores. Mas entender esse ruído - medindo o movimento aleatório de átomos individuais - é em si uma ciência fascinante, Diz Roukes. "É uma nova janela para como as coisas funcionam no mundo em nanoescala."