Este sensor quântico ecológico funciona com luz solar

A luz brilha através de um sensor de diamante que é o coração de um dispositivo quântico movido a luz solar que mede campos magnéticos.

Yunbin Zhu/Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Por James R. Riordon

19 de setembro de 2022 às 7h

A tecnologia quântica está ficando verde.

Uma nova abordagem de sensores de campo magnético altamente sensíveis descarta os lasers famintos de energia que os dispositivos anteriores dependiam para fazer suas medições e os substitui pela luz solar. Os lasers podem consumir cerca de 100 watts de potência – como manter uma lâmpada acesa. A inovação potencialmente desvincula os sensores quânticos dessa necessidade de energia. O resultado é um protótipo ecologicamente correto na vanguarda da tecnologia, relatam os pesquisadores em uma próxima edição da Physical Review X Energy.

A grande reviravolta está em como o dispositivo usa a luz solar. Ele não usa células solares para converter luz em eletricidade. Em vez disso, a luz do sol faz o trabalho da luz do laser, diz Jiangfeng Du, físico da Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Hefei.

Magnetômetros quânticos geralmente incluem um poderoso laser verde para medir campos magnéticos. O laser brilha em um diamante que contém defeitos atômicos (SN: 26/02/08). Os defeitos ocorrem quando os átomos de nitrogênio substituem alguns dos átomos de carbono dos quais os diamantes puros são feitos. O laser verde faz com que os defeitos de nitrogênio fiquem fluorescentes, emitindo luz vermelha com uma intensidade que depende da intensidade dos campos magnéticos circundantes.

O novo sensor quântico também precisa de luz verde. Há muito disso na luz do sol, como visto nos comprimentos de onda verdes refletidos nas folhas das árvores e na grama. Para coletar o suficiente para operar seu magnetômetro, Du e seus colegas substituíram o laser por uma lente de 15 centímetros de diâmetro para captar a luz solar. Eles então filtraram a luz para remover todas as cores, exceto o verde, e focaram em um diamante com defeitos nos átomos de nitrogênio. O resultado é uma fluorescência vermelha que revela as intensidades do campo magnético, assim como os magnetômetros equipados com laser.

Mudar a energia de um tipo para outro, como acontece quando as células solares coletam luz e produzem eletricidade, é um processo inerentemente ineficiente (SN: 26/07/17). Os pesquisadores afirmam que evitar a conversão da luz solar em eletricidade para executar lasers torna sua abordagem três vezes mais eficiente do que seria possível com células solares alimentando lasers.

“Nunca vi nenhum outro relatório que conectasse a pesquisa solar às tecnologias quânticas”, diz Yen-Hung Lin, físico da Universidade de Oxford que não participou do estudo. “Isso pode acender uma faísca de interesse nessa direção inexplorada, e poderemos ver mais pesquisas interdisciplinares no campo da energia”.

Dispositivos quânticos sensíveis a outras coisas, como campos elétricos ou pressão, também podem se beneficiar da abordagem impulsionada pela luz solar, dizem os pesquisadores. Em particular, a tecnologia quântica baseada no espaço pode usar a luz solar intensa disponível fora da atmosfera da Terra para fornecer luz adaptada para sensores quânticos. A luz restante, em comprimentos de onda que os sensores quânticos não usam, pode ser relegada a células solares que alimentam a eletrônica para processar os sinais quânticos.

O magnetômetro movido a luz solar é apenas um primeiro passo na fusão da tecnologia quântica e ambientalmente sustentável. "No estado atual, este dispositivo é principalmente para fins de desenvolvimento", diz Du. "Esperamos que os dispositivos sejam usados ​​para fins práticos. Mas [há] muito trabalho a ser feito."

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Y. Zhu et ai. Magnetometria quântica impulsionada pela luz solar. Physical Review X Energy, no prelo, 2022.

James Riordon é um escritor freelance de ciência e co-autor do livro Ghost Particle – In Search of the Elusive and Mysterious Neutrino.

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