Medir as variações de temperatura em objetos muito pequenos – como as partes de uma célula ou de um microchip, por exemplo – exige tecnologia gigantesca. Uma parceria entre pesquisadores brasileiros e alemães elaborou um novo conceito para medição de temperaturas em escalas nanométricas. A invenção, um nanotermômetro que se baseia em propriedades ópticas e elétricas para registrar a temperatura, já foi depositada no Escritório Europeu de Patentes (EPO, na sigla em inglês).
A ideia para o novo instrumento surgiu enquanto o Grupo de Nanoestruturas Semicondutoras da Universidade Federal de São Carlos (Ufscar) realizava pesquisas de aprimoramento de sensores ópticos, especificamente aqueles constituídos por diodos de tunelamento ressonante. Os diodos – componentes semicondutores simples – têm a sua capacidade de conduzir e direcionar corrente elétrica alterada ao absorverem luz com comprimentos de onda muito pequenos, da ordem de micrômetros. Nos diodos de tunelamento ressonante, a passagem da corrente ocorre de forma abrupta, produzindo um pico de energia.
“Ao estudar as propriedades da resposta térmica do sensor, percebemos a grande variação das propriedades de transporte com a temperatura. O aprimoramento da resposta térmica passou, então, a ser o foco dos trabalhos”, contou à CH On-line Victor Lopez Richard, físico da UFSCar e um dos pesquisadores envolvidos no desenvolvimento do nanotermômetro.
A proposta de utilizar os diodos de tunelamento ressonante como nanotermômetros foi testada na Universidade de Wurzburg, Alemanha, com a ajuda de um equipamento chamado Máquina de Epitaxia por Feixe Molecular (MBE, na sigla em inglês), utilizado para construir nanoestruturas. Os resultados foram publicados na revista ACS Nano e, segundo os autores, descrevem o primeiro nanotermômetro brasileiro.
- Máquina de Epitaxia por Feixe Molecular (MBE). O aparelho que faz crescer nanoestruturas foi utilizado pelo grupo para produzir o sensor. (foto: Anne Schade / Universidade de Wurzburg)
“A medição da temperatura pode ser feita eletronicamente, por alterações na relação entre corrente e voltagem aplicada, ou pela detecção da luz que o diodo emite durante a passagem da corrente – fenômeno conhecido como eletroluminescência”, diz Richard. Quando a temperatura é alterada, a distribuição de elétrons ao longo dessa estrutura muda: observar e relacionar essas alterações nos padrões da luz emitidos nas diferentes temperaturas é a chave para o funcionamento do nanotermômetro.
A grande vantagem de medir a temperatura a partir da propriedade óptica dos diodos de tunelamento ressonante é a possibilidade de uma medição remota, com a utilização de um sensor de luz. Capaz de cobrir variações de temperatura de até trezentos graus, o novo dispositivo, por ter um tamanho muito pequeno, poderá ser construído associado a outros dispositivos (como um nanocircuito) para medir temperaturas de regiões muito pequenas com um gasto energético mínimo. “Nosso termômetro pode ser colocado (ou diretamente sintetizado) em microrregiões de outros dispositivos ou circuitos para determinar localmente a temperatura gerada. Sua principal função é medir ou detectar variações de temperatura, elemento crítico para o bom funcionamento de muitas tecnologias”, explica o físico.
Everton Lopes
Instituto Ciência Hoje/ RJ
