(Phys.org) —O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstrou um novo instrumento em escala de chip feito de nanotubos de carbono que pode simplificar as medições absolutas da potência do laser, especialmente os sinais de luz transmitidos por fibras ópticas em redes de telecomunicações.

O protótipo do dispositivo, uma versão em miniatura de um instrumento chamado radiômetro criogênico, é um chip de silício coberto por esteiras circulares de nanotubos de carbono em pé. O mini-radiômetro baseia-se no trabalho anterior do NIST usando nanotubos, a substância mais escura conhecida do mundo, para fazer um ultraeficiente, detector de potência óptica altamente preciso, e avança a capacidade do NIST de medir a potência do laser fornecida por meio de fibra para clientes de calibração.

"Este é o nosso jogo pela liderança em medições de potência a laser, ", disse o líder do projeto, John Lehman." Esta é sem dúvida a coisa mais legal que fizemos com nanotubos de carbono. Eles não são apenas pretos, mas também têm as propriedades de temperatura necessárias para tornar componentes como aquecedores elétricos verdadeiramente multifuncionais. "

O NIST e outros institutos nacionais de metrologia em todo o mundo medem a potência do laser rastreando-a até unidades elétricas fundamentais. Os radiômetros absorvem a energia da luz e a convertem em calor. Em seguida, a energia elétrica necessária para causar o mesmo aumento de temperatura é medida. Os pesquisadores do NIST descobriram que o mini-radiômetro mede com precisão a potência do laser (trazida por uma fibra óptica) e a potência elétrica equivalente dentro das limitações da configuração experimental imperfeita. Os testes foram realizados a uma temperatura de 3,9 K, usando luz no comprimento de onda de telecomunicações de 1550 nanômetros.

As minúsculas florestas circulares de altos, nanotubos finos chamados VANTAs ("arranjos de nanotubos alinhados verticalmente") têm várias propriedades desejáveis. Mais importante, eles absorvem luz uniformemente em uma ampla faixa de comprimentos de onda e sua resistência elétrica depende da temperatura. Os versáteis nanotubos desempenham três funções diferentes no radiômetro. Um tapete VANTA funciona como um absorvedor de luz e um aquecedor elétrico, e um segundo tapete VANTA serve como termistor (um componente cuja resistência elétrica varia com a temperatura). Os tapetes VANTA são cultivados no chip de silício microusinado, um design de instrumento fácil de modificar e duplicar. Neste aplicativo, os nanotubos individuais têm cerca de 10 nanômetros de diâmetro e 150 micrômetros de comprimento.

Por contraste, radiômetros criogênicos comuns usam mais tipos de materiais e são mais difíceis de fazer. Eles são normalmente montados à mão usando uma cavidade pintada com carbono como absorvedor de luz, um fio elétrico como aquecedor, e um semicondutor como termistor. Além disso, esses instrumentos precisam ser modelados e caracterizados extensivamente para ajustar sua sensibilidade, enquanto a capacidade equivalente no minirradiômetro do NIST é facilmente padronizada no silício.

O NIST planeja solicitar uma patente do radiômetro em escala de chip. Espera-se que mudanças simples, como estabilidade de temperatura aprimorada, melhorem muito o desempenho do dispositivo. Pesquisas futuras também podem abordar a extensão da faixa de potência do laser para o infravermelho distante, e integração do radiômetro em um dispositivo multifuncional potencial "NIST em um chip".