Eletrônica - Mundo quântico funde-se apenas parcialmente

Nuvens de átomos ultrafrios (vermelho) foram criadas dentro de um chip quântico (em cima). Sua interferência cria um padrão ordenado de interferência matéria-onda (embaixo).[Imagem: Vienna University of Technology]

Equilíbrio termal
Coloque um cubo de gelo em uma vasilha de água quente e ele perderá a estabilidade, fundindo-se totalmente.
As moléculas do gelo e as moléculas da água vão atingir um equilíbrio termal, atingindo a mesma temperatura, e não será mais possível identificar umas e outras.
É assim que um cristal sólido bem ordenado acaba na forma de um líquido totalmente desordenado.
Big Bang e computadores quânticos
No mundo quântico, porém, essa transição para um equilíbrio termal é mais interessante e bem mais complicada do que os cientistas acreditavam até agora.
Entre o estado ordenado inicial e o estado amorfo final, emerge algo que está sendo chamado de "estado intermediário quase estacionário".
É uma espécie de pré-termalização, onde sinais muito claros dos estados iniciais perduram por um longo tempo.
Segundo Jorg Schmiedmayer e seus colegas da Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria, isso pode ajudar a explicar vários processos fora de equilíbrio na física quântica, o que inclui o estado inicial do Universo, instantes após o Big Bang, e as perdas de dados nos computadores quânticos.
Equilíbrio termal quântico
Os pesquisadores dividiram em dois um condensado de Bose-Einstein, um aglomerado de átomos ultrafrios que se comporta como se fosse um único átomo gigante.
Mas as duas metades não caminharam para o equilíbrio termal como se esperava.
A análise mostrou que "as duas nuvens não se esqueceram de que vieram da mesma nuvem atômica," disse Schmiedmayer.
Em vez de decair rápida e homogeneamente rumo ao equilíbrio, as duas deram uma longa parada no agora descoberto estado intermediário, ou de pré-termalização.
Evitando perda de dados
A transição de sistemas para o equilíbrio termal é importante em muitos campos da física quântica, incluindo o emergente campo da computação quântica.
Um experimento nunca consegue atingir exatamente o zero absoluto, de forma que os cientistas estão sempre às voltas com efeitos de mudanças de temperatura.
Fazer cálculos usando qubits ou armazenar dados em memórias quânticas inevitavelmente cria estados de não-equilíbrio, o que destrói os dados.
O novo conhecimento adquirido com este experimento poderá ajudar a evitar essas perdas de dados.

Eletrônica - O século da fotônica

Pesquisador testa as propriedades fotônicas dos materiais produzidos pelo grupo da Unesp de Araraquara. [Imagem: Revista Unesp Ciência]

Do vidro à fotônica
No princípio era o vidro, com o qual foi (e continua sendo) possível fazer tantas coisas, entre elas uma tecnologia simples que permite que o sol entre em nossas casas, a janela.
Depois, quando o homem entendeu de verdade o que é a luz e aprendeu a domesticá-la, vieram o laser e a fibra óptica.
Agora é a vez das telas, grandes ou pequenas, que nos mostram imagens em alta definição ou respondem ao toque de nossos dedos.
Por trás desta linha do tempo tecnológica, descrita assim de modo tão incompleto, está uma das áreas mais vibrantes das ciências dos materiais e que atende por um nome esquisito para a maioria dos mortais - a fotônica.
"O século 20 foi dominado pela eletrônica. Agora substitua os elétrons correndo em circuitos e cabos condutores por fótons circulando através de condutores de luz", explica Sidney Ribeiro, pesquisador da Unesp. "O século 21 é da fotônica."
Propriedades luminosas
Os materiais fotônicos podem ser divididos basicamente em dois tipos: os que transmitem e os que emitem luz.
O exemplo clássico do primeiro grupo são as fibras ópticas tradicionais, feitas de sílica, que sustentam os sistemas de telecomunicação e de transmissão de TV.
Mas, com composição química um pouco diferente, elas são usadas também para iluminar os órgãos internos de um paciente durante uma cirurgia de laparoscopia ou para medir temperatura e pressão em poços de petróleo no fundo do mar e em outros ambientes hostis.
Já entre os emissores de luz destacam-se os vidros de última geração.
Um exemplo deles é o Gorilla Glass, que recobre os smartphones mais modernos. Fino, leve, sensível ao toque e extremamente resistente, foi lançado em 2006 pela empresa americana Corning, pressionada por Steve Jobs, da Apple, que queria um vidro à prova de riscos para a primeira versão do IPhone.
Este ano, a Corning anunciou uma parceria com a Samsung para desenvolver o Lotus Glass, que deverá ser mais resistente e exibir imagens ainda mais nítidas.

Os materiais fotônicos podem ser divididos entre os que transmitem e os que emitem luz. [Imagem: Revista Unesp Ciência]

Sol-gel
Em outra frente, os pesquisadores da fotônica trabalham com os chamados "materiais sol-gel", que também podem ser ótimos emissores de luz.
Eles diferem dos vidros principalmente pela forma como são fabricados.
"Usamos um método puramente químico, que chamamos de soft chemistry (química leve), por causa das baixas temperaturas, em contraste com os quase 2.000 oC necessários para fazer um vidro ou uma fibra óptica", explica o professor Sidney. "Usamos um líquido, que é feito de sílica, ao qual adicionamos algum elemento inorgânico, geralmente íons de terras raras, como itérbio ou európio."
A distância entre esses íons, que são conectados com polímeros orgânicos, é nanometricamente calculada para otimizar as propriedades ópticas do material resultante.
Dependendo do íon escolhido, a peça vai absorver luz de uma cor e emitir outra, de cor diferente. É possível, por exemplo, que se um laser azul incidir no material, esse por sua vez emita uma luz amarela. "Isso pode ser usado para fazer um laser de aplicação oftalmológica", afirma Edison Pecoraro, outro pesquisador do grupo da Unesp.
Em um laboratório sem janelas, com ar-condicionado na potência máxima, um monte de equipamentos e fios espalhados por todo lado, Pecoraro testa os materiais desenvolvidos pelo grupo. Quando as luzes são apagadas, o ambiente ganha ares de ficção científica.
É nesse lugar que se checa se as propriedades fotônicas do material correspondem ao que foi planejado. Às vezes não dá certo, claro. Em outras, "uma propriedade pode ser otimizada e dar origem a outro material", acrescenta Sidney.
Evento de fotônica
O grupo de fotônica do campus de Araraquara realizou na última semana um evento de nível internacional, trazendo ao Brasil os maiores especialistas da área em nível internacional.
Veja detalhes sobre o evento:

• Ciência avançada: Avanços científicos e tecnológicos em fotônica