Menor rádio do mundo é construído dentro de um diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica

O nanorrádio foi montado em um chip (em primeiro plano). Apesar de ser microscópico, ele produz som audível (ondas representadas no equalizador ao fundo). [Imagem: Eliza Grinnell/Harvard SEAS]

Menor rádio do mundo

Se os rádios, aqueles aparelhinhos que se usava para sintonizar estações e ouvir música, parecem ser algo meio fora de moda, é bom lembrar que toda a tecnologia que envolve Wi-Fi, Bluetooth, telefones celulares e etc, se baseia nas ondas de rádio - e, portanto, precisa de aparelhos de rádio para fazer o serviço.

Acrescente a isso o ímpeto pela miniaturização, e então você terá uma ideia da verdadeira importância de um nanoaparelho construído por Linbo Shao e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA.

Shao construiu o menor aparelho de rádio do mundo, cuja peça fundamental tem o tamanho de dois átomos, e demonstrou que ele pode funcionar em condições extremas, mesmo nos ambientes mais inóspitos.

E é um rádio óptico, que funciona usando luz, e não eletricidade.

A peça fundamental do nanorrádio é um pequeno defeito encontrado no interior dos diamantes. São as chamadas vacâncias de nitrogênio - ou centros de cor -, as mesmas que vêm sendo usadas há tempos como qubits para computadores quânticos.

Rádio de diamante

Nas vacâncias de nitrogênio, um átomo de carbono da estrutura cúbica do diamante é substituído por um átomo de nitrogênio. O átomo de nitrogênio expulsa outro átomo de carbono vizinho, criando um sistema que é formado essencialmente por um átomo de nitrogênio mais uma carga positiva - uma lacuna, ou ausência de elétron.

Essa estrutura pode ser usada para detectar campos magnéticos muito tênues ou para emitir fótons individuais - é assim que ele funciona como qubit, já que essa propriedade fotoluminescente permite converter informação em luz. Essa capacidade de conversão também foi explorada para viabilizar o nanorrádio.

Um aparelho de rádio tem cinco componentes básicos: uma fonte de energia, um receptor, um transdutor, para converter os sinais eletromagnéticos de alta frequência em uma corrente de baixa frequência, e um alto-falante ou fone de ouvido, para converter os sinais de baixa frequência em sons.

No nanorrádio, um laser verde é usado para fornecer energia para os elétrons na vacância de nitrogênio. Esses elétrons são sensíveis a campos eletromagnéticos, incluindo as ondas de rádio FM, por exemplo. Quando o centro de nitrogênio recebe uma onda de rádio, ele emite um sinal na forma de uma luz vermelha que corresponde ao sinal de áudio, que é então convertido em som por meio de um alto-falante comum.

Para sintonizar as estações é usado um eletroímã externo, que cria um campo magnético ao redor do nanodiamante. Esse campo magnético pode ser ajustado para alterar a frequência à qual o centro de nitrogênio é sensível, permitindo alterar a estação que o nanorrádio sintoniza.

Ilustração do esquema de funcionamento do menor rádio do mundo. [Imagem: Linbo Shao et al. - 10.1103/PhysRevApplied.6.064008]

No espaço e no corpo humano

Cada vacância de nitrogênio emite um único fóton de cada vez, o que é muito bom para qubits, mas fraco demais para um rádio. Para gerar um feixe de luz forte o suficiente para ser enviado para o alto-falante, Shao usou bilhões de centros de nitrogênio para reforçar o sinal.

Por outro lado, o fato de poder teoricamente operar com um único fóton mostra a sensibilidade que se pode alcançar com esse conceito.

Graças à resistência natural do diamante, o nanorrádio é extremamente forte e durável - a equipe sintonizou uma estação e ouviu música de boa qualidade com o nanorrádio colocado dentro de um forno a 350º C.

"Este rádio poderá ser capaz de funcionar no espaço, em ambientes agressivos ou mesmo dentro do corpo humano, já que os diamantes são biocompatíveis," disse o professor Marko Loncar, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Diamond Radio Receiver: Nitrogen-Vacancy Centers as Fluorescent Transducers of Microwave Signals
Linbo Shao, Mian Zhang, Matthew Markham, Andrew M. Edmonds, Marko Loncar
Physical Review Applied
Vol.: 6, 064008
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.6.064008