Há dois séculos, os progressos na física necessitaram um refinamento progressivo das definições das unidades de medida. A fim de dispor de normas cada vez mais precisas e facilmente utilizáveis por pesquisadores e engenheiros através do mundo, tem-se voltado para diferentes sistemas físicos, visando definir os valores do que constitui hoje o Sistema internacional de unidades (SI).

Tal sistema conta com sete unidades de base: metro, quilograma, segundo, ampère, kelvin, mol e candela, destinadas a quantificar grandezas físicas independentes. Cada unidade possui, também, um símbolo (respectivamente: m, kg, s, A, K, mol e cd).


Padrões que mudam conforme a precisão requerida

O segundo é definido a partir da transição no átomo de césio 133 em repouso a 0 K. Ele permite caracterizar o metro, a partir da distância percorrida pela luz no vácuo, por um período de 1/299.792.458 segundo. Há algumas décadas, era usado o comprimento de onda da raia laranja do criptônio 86.

Atualmente, seria muito importante se ter uma definição mais precisa do ampère. A definição precedente data de 1948. Ela estipula que o ampère representa uma intensidade de corrente constante que, se mantida em dois condutores paralelos, distantes um metro no vácuo, produziria entre estes dois condutores uma força igual a 2 x 10^-7 newton por metro. Antes, esta definição era baseada em uma taxa de deposição de prata por eletrólise.

Os experimentos de física têm se tornado cada vez mais precisos, sendo necessário definir com mais precisão o que se entende por volt e ohm. Estas duas unidades estão agora ligadas a fenômenos quânticos envolvendo a constante de Planck "h" e a unidade de carga elétrica "e". Seria útil poder fazer o mesmo para o ampère, idealmente, graças a um experimento em que pudéssemos contar a passagem de um único elétron em um condutor.


Um novo fechamento do triângulo metrológico quântico

Um grupo de pesquisadores britânicos acaba de anunciar em uma publicação na revista Nature Nanotechnology que acabou de fabricar o que chama de uma single-electron pump (SEP), a partir de um dispositivo feito de grafeno.

Uma ilustração da bomba de elétron único, de grafeno, concebida por pesquisadores britânicos. As bombas de elétrons à base de grafeno funcionam dez vezes mais rápido que as bombas similares fabricadas a partir de materiais 3D convencionais, podendo ser utilizadas para gerar grandes correntes.

Créditos: M. Connoly.

Esta não é a primeira "bomba de elétron único" feita com o objetivo de obter uma norma precisa e estável para uma definição do ampère. Todavia, esta é a primeira usando grafeno, e parece promissora. Embora um único elétron seja gerado por esta bomba, a frequência de produção é alta: quase da ordem do gigahertz. Ora, isto ainda não é suficiente para, verdadeiramente, suplantar as precedentes definições do ampère. Mas, provavelmente, isso não irá demorar muito.

Se a SEP de grafeno cumprir finalmente suas promessas, ligada às experiências que visam definir o volt e o ohm, ela permitirá, talvez, destacar eventuais pequenas variações no tempo da constante de Planck ou da carga elementar de um elétron. De fato, as medidas de uma diferença de potencial de um volt com o efeito Josephson e aquela de uma resistência de um ohm com o efeito Hall quântico, fazem intervir estas constantes fundamentais. Com uma medida quântica suficientemente precisa do ampère, fechar-se-ia o que os físicos chamam de triângulo metrológico quântico: isso é justamente o que é preciso poder fazer para, em seguida, deduzir as eventuais variações de "e" e "h".

Futura-Sciences (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor - O trabalho "Gigahertz quantized charge pumping in graphene quantum dots", que deu origem a esta notícia, é de autoria de M. R. Connolly, K. L. Chiu, S. P. Giblin, M. Kataoka, J. D. Fletcher, C. Chua, J. P. Griffiths, G. A. C. Jones, V. I. Fal'ko, C. G. Smith e T. J. B. M. Janssen, tendo sido publicado na revista Nature Nanotechnology, volume 8, págs. 417-420 (2013), DOI: 10.1038/nnano.2013.73.

<< voltar para novidades