p Bolômetros, dispositivos que monitoram a radiação eletromagnética por meio do aquecimento de um material absorvente, são usados ​​por astrônomos e proprietários de casas. Mas a maioria desses dispositivos tem largura de banda limitada e deve ser operada em temperaturas ultrabaixas. Agora, pesquisadores dizem que encontraram uma alternativa ultrarrápida, mas altamente sensível, que pode funcionar em temperatura ambiente - e pode ser muito mais barata. p As evidências, publicado hoje no jornal Nature Nanotechnology , poderia ajudar a pavimentar o caminho para novos tipos de observatórios astronômicos para emissões de comprimento de onda longo, novos sensores de calor para edifícios, e até mesmo novos tipos de sensores quânticos e dispositivos de processamento de informações, a equipe de pesquisa multidisciplinar diz. O grupo inclui o recente pós-doutorado do MIT, Dmitri Efetov, Professor Dirk Englund, do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT, Kin Chung Fong da Raytheon BBN Technologies, e colegas do MIT e da Columbia University.

p "Acreditamos que nosso trabalho abre as portas para novos tipos de bolômetros eficientes baseados em materiais de baixa dimensão, "diz Englund, o autor sênior do artigo. Ele diz que o novo sistema, com base no aquecimento de elétrons em um pequeno pedaço de uma forma bidimensional de carbono chamada grafeno, pela primeira vez combina alta sensibilidade e alta largura de banda - ordens de magnitude maiores do que os bolômetros convencionais - em um único dispositivo.

p "O novo dispositivo é muito sensível, e ao mesmo tempo ultrarrápido, "tendo o potencial de fazer leituras em apenas picossegundos (trilionésimos de segundo), diz Efetov, agora um professor do ICFO, o Instituto de Ciências Fotônicas de Barcelona, Espanha, quem é o autor principal do artigo. "Esta combinação de propriedades é única, " ele diz.

p O novo sistema também pode operar em qualquer temperatura, ele diz, ao contrário dos dispositivos atuais que precisam ser resfriados a temperaturas extremamente baixas. Embora a maioria das aplicações reais do dispositivo ainda seja feita sob essas condições ultracold, para alguns aplicativos, como sensores térmicos para a eficiência do edifício, a capacidade de operar sem sistemas de resfriamento especializados pode ser uma vantagem real. “Este é o primeiro aparelho deste tipo que não tem limite de temperatura, "Efetov diz.

p O novo bolômetro que eles construíram, e demonstrado em condições de laboratório, pode medir a energia total transportada pelos fótons da radiação eletromagnética de entrada, se essa radiação está na forma de luz visível, ondas de rádio, microondas, ou outras partes do espectro. Essa radiação pode estar vindo de galáxias distantes, ou das ondas infravermelhas de calor que escapam de uma casa mal isolada.

p O dispositivo é totalmente diferente dos bolômetros tradicionais, que normalmente usam um metal para absorver a radiação e medir o aumento de temperatura resultante. Em vez de, esta equipe desenvolveu um novo tipo de bolômetro que se baseia em elétrons de aquecimento que se movem em um pequeno pedaço de grafeno, em vez de aquecer um metal sólido. O grafeno é acoplado a um dispositivo chamado nanocavidade fotônica, que serve para amplificar a absorção da radiação, Englund explica.

p "A maioria dos bolômetros dependem das vibrações dos átomos em um pedaço de material, o que tende a tornar a resposta lenta, "diz ele. Neste caso, no entanto, "ao contrário de um bolômetro tradicional, o corpo aquecido aqui é simplesmente o gás de elétron, que tem uma capacidade de calor muito baixa, o que significa que mesmo uma pequena entrada de energia devido aos fótons absorvidos causa uma grande oscilação de temperatura, "tornando mais fácil fazer medições precisas dessa energia. Embora os bolômetros de grafeno tenham sido demonstrados anteriormente, este trabalho resolve alguns dos desafios pendentes importantes, incluindo absorção eficiente no grafeno usando uma nanocavidade, e a leitura de temperatura com impedância combinada.

p A nova tecnologia, Englund diz, "abre uma nova janela para bolômetros com funcionalidades totalmente novas que podem melhorar radicalmente a imagem térmica, astronomia observacional, informação quântica, e detecção quântica, entre outras aplicações. "

p Para observações astronômicas, o novo sistema poderia ajudar, preenchendo algumas das bandas de comprimento de onda restantes que ainda não tinham detectores práticos para fazer observações, como o "intervalo de terahertz" de frequências que são muito difíceis de captar com os sistemas existentes. "Lá, nosso detector pode ser um sistema de última geração "para observar esses raios indescritíveis, Efetov diz. Pode ser útil para observar a radiação cósmica de fundo de comprimento de onda muito longo, ele diz.