Descoberta propriedade fotônica no silício

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/07/2015

Circulando seletivamente num ou noutro sentido torna-se possível inserir uma dimensão adicional de dados nos fótons.[Imagem: Universidade da Pensilvânia]

Silício na fotônica
Parece difícil acreditar que seja possível descobrir uma nova propriedade no silício, o elemento químico mais pesquisado do mundo e viabilizador da atual onda tecnológica.
Pois isto não apenas acaba de acontecer, como a nova propriedade poderá catapultar o silício para o que vinha sendo chamado de "era pós-silício" - a spintrônica e os computadores fotônicos, que usam luz em vez de eletricidade.
A descoberta foi feita por acaso por Sajal Dhara, Eugene Mele e Ritesh Agarwal, da Universidade da Pensilvânia, que estavam usando o silício como padrão de comparação no estudo de materiais conhecidos como isolantes topológicos, nos quais a superfície tem propriedades elétricas diferentes do interior.

• Descoberto material que é simultaneamente condutor e isolante

"Nós esperávamos que o experimento de controle desse um resultado nulo, mas, em vez disso, nós descobrimos algo novo sobre os nanomateriais," disse Mele.
Quiralidade do silício
O que o trio descobriu é que o silício tem quiralidade, uma propriedade de assimetria que permite que o elemento detecte o spin - ou momento angular - de elétrons e fótons. Isto é inesperado porque o silício tem um cristal altamente simétrico.
Os efeitos disso são de longo alcance.
"Sempre que você altera uma simetria, você pode fazer coisas novas," explicou Agarwal, cuja equipe já demonstrara as operações fundamentais da computação feitas com luz, além de fazer o silício emitir luz e guardar dados por até 100.000 anos em uma memória de nanofios.
"Neste caso, nós demonstramos como fazer um fotodetector sensível ao spin de um fóton. Todos os computadores fotônicos precisam de fotodetectores, mas atualmente eles só usam a quantidade de fótons para codificar informações. Esta sensibilidade à rotação [spin] do fóton nos dá um grau de liberdade extra, ou seja, você pode codificar informação adicional em cada fóton," detalhou Agarwal.

Esquema do experimento, realizado em nanofios de silício. [Imagem: Dhara et al. - 10.1126/science.aac6275]

A interação entre o silício e os eletrodos metálicos produz um campo elétrico em um ângulo que quebra a simetria espelhada que o silício tipicamente tem. Esta quiralidade é que manda os elétrons num ou noutro sentido, dependendo da polaridade da luz que atinge os eletrodos.
Adoção gradual
O efeito fotônico propiciado pela propriedade quiral está no coração de tecnologias emergentes como a spintrônica e a plasmônica - a base da chamada computação à velocidade da luz -, e pode ajudar até mesmo no desenvolvimento da computação quântica.
Produzir esse tipo de efeito no silício é muito mais interessante do que nos isolantes topológicos mais pesados estudados até agora porque ele é o elemento padrão da indústria eletrônica, permitindo que as novas tecnologias sejam incorporadas de forma gradual, interfaceando com os atuais processadores eletrônicos de silício.
O experimento foi feito com nanofios de silício, e agora os pesquisadores estão trabalhando na geração da quiralidade em amostras planas, tornando mais fácil seu aproveitamento prático.

Bibliografia:

Voltage-tunable circular photogalvanic effect in silicon nanowires
Sajal Dhara, Eugene Mele, Ritesh Agarwal
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.aac6275

Liderança...

Mining technologies...

O jeito...

Análise de sistemas de comunicação para automação de minas subterrâneas com tecnologias Modbus e Leaky Feeder

Comunicação semi-cabeada, um problema, uma solução

Os cabos coaxial, também conhecidos como cabos para tv por assinatura, tem a característica básica de blindagem eletromagnética, que trata-se de uma malha de metal condutor trançada em volta do condutor central para evitar que o sinal de rádio enviado receba ruídos externos ou desprenda sinal para o ambiente de modo a aproveitar toda potencia do sinal de tv transmitido.

Este sistema pode ser nomeado como um sistema cabeado blindado.

Existe ainda o sistema sem fio que usa ondas eletromagnéticas para transmitir e receber o dados.

Derivados destes dois sistemas surgiu da análise de uma falha dos sistemas cabeados a derivação de um novo tipo de meio de comunicação, o semi-cabeado que é um sistema cabeado, porém também fornece a cobertura sem fio em suas proximidades graças ao efeito de irradiação decorrente de seu arranjo de fabricação.

Sua montagem é feita de tal maneira que a blindagem externa contenha orifícios que possibilitam a dispersão de sinais de rádio em suas proximidades, cerca de até 40 metros em faixas que variam do VHF (Very High Frequency – de 30 a 300MHz), UHF (Ultra High Frequency – de 300MHz a 3Ghz). 

Esta tecnologia também é conhecida como Leaky Feeder.

Tecnologia desenvolvida desde a década de 50 para mineração subterrânea. Indicada para sistemas mistos onde a velocidade de trafego é exigida e o acesso remoto é necessário para mobilidade.

Inicialmente aplicada para sistemas de comunicação de rádio para monitoramento de operações em operações de extração de minérios, possibilitando o uso de radiocomunicação em ambientes cujo uso de antenas é limitado e assim abrindo uma nova gama de possibilidades.

A partir da década de 90 com o crescimento de tecnologias de automação o sistema semicabeado utilizado na comunicação de minérios ganhou um novo atributo tornando-se uma rede mista de comunicação e automação. As redes de automação tem aproveitado o meio cabeado pela compatibilidade com sistemas padrão RS485 e pela ampla cobertura no ambiente, já que o Leaky Feeder geralmente percorre todas as galerias subterrâneas.

Atualmente muitas empresas tem explorado tal tecnologia demonstrando elevado nível de retorno por consequência da redução de custos advinda do controle, monitoramento e supervisão das operações e maquinários  que a automação dos processos de extração e beneficiamento possibilitam.

Telemetria uma tendência tecnológica, automação eletrônica e telecomunicação em comum...

A telemetria trata-se de um conceito geralmente ligado a comunicação sem fio, onde é utilizado um sistema de rádio para implementar um enlace de dados, porém pode também referir-se aos dados transferidos sobre outras tecnologias eletrônicas automatizadas, tais como sistemas embarcados, smartphones, telefones, redes de computadores ou através de um enlace óptico. No setor automotivo e de logística as informações também podem ser transmitidas via celulares ou modens, em interfaces próprias para transmissão de dados (GPRS e EDGE no sistema GSM e 1xRTT no sistema CDMA). Basicamente a função da telemetria é monitorar canais analógicos e/ou digitais em tempo real ou via dados gravados por um periodo de tempo, o chamado datalog, onde seu tempo de leitura é variado, tal como o espaço de memória disponível para gravar as informações. Sendo assim telemetria, eletrônica embarcada, telecomunicação e automação andam lado a lado.

Aplicações

Agricultura

A maioria das atividades relacionadas ao cultivo de culturas diversas dependem das condições de solo e tempo. Portanto, estações meteorológicas sem fio representam um papel muito importante na prevenção de doenças e na correta irrigação. Estas estações retornam à estação base os principais parâmetros necessários para a tomada das melhores decisões: temperatura do ar e umidade relativa, precipitação e dados de umidade da vegetação(necessários para modelos de prognóstico de doenças), radiação solar e velocidade do vento(necessários para calcular e quantificar a evaporação geradora de chuvas) e, em algumas ocasiões, a umidade do solo, crucial para decisões de irrigação adequada para compreensão do progresso da água no solo e para as raízes. Devido aos micro-climas locais poderem variar significativamente, tais dados precisam vir corretamente dentro do cultivo. Estações de monitoramento normalmente transmitem de volta os dados através de rádio terrestre, apesar de sistemas de satélite serem usados eventualmente.

Eficiência energética

Nas fábricas, escritórios e residências, monitorando o uso de energia de cada seção ou equipamentos e os fenômenos decorrentes (como a temperatura, vazão ou nível de correntes de ar e/ou água) em um ponto de controle por telemetria facilita a coordenação para o uso em hidrelétricas, termoelétricas, parques eólicos ou fazendas solares.

 

 

 

Logística

A telemetria é uma grande aliada dos transportadores, pois as informações relativas a condução do veículo são transmitidas à base de monitoramento. Com isso é possível identificar e corrigir hábitos dos motoristas, identificar situações que podem expor o veículo, a carga e o próprio condutor a riscos e otimizar o desempenho de cada veículo. As principais informações oferecidas pela telemetria são: odômetro (distância percorrida), velocidade em pista seca ou molhada, tempo de acionamento da embreagem (pé na embreagem), freadas bruscas, acelerações bruscas, tempo de uso do veículo parado, em marcha lenta e em movimento, rotações do motor, combustível, temperatura do motor, falha na pressão de óleo e uso do freio motor para veículos de carga. Através da Telemetria também é possível gerar relatórios de uso do veículo com identificação do motorista, jornada de trabalho, tempo de condução na faixa de rotação econômica, etc. A quantidade de informações depende do veículo (marca, ano, modelo, etc) em que será instalado o sistema. As informações podem ser enviadas juntamente com a localização via sistema de rastreamento.

Consumo de água, eletricidade ou gás

A telemetria em empresas distribuidoras de água, energia elétrica ou gás também veem a somar, dispondo de contadores eletrônicos que enviam a informação do consumo para uma central ou visor individual que gere toda a informação recolhida, podendo assim ser efetuada a respectiva e correta faturação temporal, normalmente mensal. O contador de água, eletricidade, ou gás, é mecânico ou eletrônico, ambos transmitem através de um protocolo de transmissão específico os dados de consumo medido usando uma certa cadência temporal pré programada, ou a pedido. Essa informação enviada pelo contador eletrônico é enviado para um concentrador central ou individual, que reencaminha essa informação para um servidor do fornecedor do serviço, normalmente através de redes de sistemas cabeada ou sem fios (GPRS). O fornecedor do serviço pode assim efetuar uma faturação correta para o período temporal não sendo necessária a leitura presencial dentro da unidade habitacional ou local que necessita a medição por parte de um técnico, nem efetuar estimativas para obter valores para faturação.

Conclusão

A tecnologia envolvida na telemetria soma um grande recurso para aplicações tanto em diversos setores, apresentando-se como uma potencial ferramenta que veem largamente sendo utilizada e buscada. Como os setores primários para sua concepção, a eletrônica e telecomunicação veem sendo cada vez mais aprimorados o que pode-se deduzir que cada vez mais medir a distância será algo cada vez mais comum na busca de agilizar processos e recursos necessários no meios industriais, comerciais, de transporte e de consumo.