Docentes e aluna do Departamento de Física desenvolvem novo conceito de nano-termômetro em parceria com pesquisadores da Alemanha
São Carlos
Invenção foi depositada na European Patent Office e teve artigo publicado na revista ACS Nano
Integrantes do Grupo de Nanoestruturas Semicondutoras da UFSCar, em parceria com alunos e pesquisadores da Universidade de Wurzburg, na Alemanha, desenvolveram um novo conceito de nano-termômetro. A invenção foi depositada na European Patent Office (EPO) em maio e teve como participantes do Brasil os professores Leonardo Kleber Castelano e Victor Lopez Richard, do Departamento de Física (DF) da UFSCar.
A tecnologia inovadora também teve um artigo, intitulado Nanothermometer Based on Resonant Tunneling Diodes: From Cryogenic to Room Temperatures (Nanotermômetro a Base de Diodos de Tunelamento Ressonante: de Temperaturas Criogênicas a Temperatura Ambiente), publicado na revista ACS Nano com a colaboração dos dois docentes, bem como do professor Gilmar Marques, também do DF da UFSCar, e a pós-doutoranda Mariama Rebello Sousa Dias, além da equipe alemã Andreas Pfenning, Fabian Hartmann, Christoph Süßmeier, Fabian Langer, Sven Höfling e Martin Kampe Lukas Worschech.
De acordo com o professor Victor, o objetivo fundamental da pesquisa foi desenvolver e aprimorar as funcionalidades de sensores ópticos com capacidade de detecção nos comprimentos de onda usuais nas telecomunicações modernas. Os dispositivos foram sintetizados para absorver luz nos comprimentos de onda usados em telecomunicações e transformar essa informação em variações de corrente e de reemissão de luz, já que o sistema também emite luz em outros comprimentos de onda devido a um processo chamado de eletro-luminescência, explica. Ao planejar as configurações ideais de crescimento que envolvem escolhas de propriedades estruturais materiais, tamanhos de camadas, dopagem, entre outras , foram criadas condições para que o sistema, além de responder à luz, tivesse uma resposta térmica proeminente e muito regular.
Os estudos experimentais destes dispositivos e os modelos teóricos desenvolvidos permitiram gerar desdobramentos que não tinham sido antecipados nas propostas preliminares deste projeto, afirma o docente. Dentre esses desdobramentos está a potencial utilização dos sensores ópticos como termômetros, descoberta realizada em conjunto com os pesquisadores alemães ao analisar a emissão de eletro-luminescência do dispositivo ao variar a temperatura. As amostras foram sintetizadas na Universidade de Wurzburg, no grupo de Física Técnica. Parte da caracterização experimental foi realizada na Alemanha e os alunos alemães envolvidos nestes trabalhos realizaram três estágios de pesquisa na UFSCar nos últimos dois anos, onde se complementaram as medidas em nossos laboratórios e os modelos teóricos para compreender os efeitos desenvolvidos. Isto abriu uma nova linha de pesquisa que foi incluída na tese de doutorado da Mariama Rebello Sousa Dias e se incorporou também à tese de doutorado do aluno alemão Andreas Pfenning, informa o professor.
Ainda segundo Victor, uma das ramificações das pesquisas se refere ao próprio termômetro. Ele tem o potencial de medir variações de temperaturas que vão do hélio líquido, próximas do zero absoluto na escala Kelvin (chamadas de criogênicas), até temperatura ambiente e um pouco além. Detectou-se que a margem de medição de temperatura do sensor é extremamente ampla, abrangendo pelo menos 300 graus, ressalta. Nesse sentido, a leitura pode ser feita de várias maneiras, já que o dispositivo tem a condução de corrente modificada, assim como os parâmetros de luz emitida. A capacidade da leitura pode ser feita tanto opticamente de maneira remota, pela emissão de luz do diodo como eletricamente, já que o dispositivo também tem a sua condutividade fortemente afetada. Para o pesquisador, a resposta térmica do dispositivo foi uma surpresa, mas o sistema tem diversas peculiaridades ópticas como, por exemplo, ao ser exposto a campos magnéticos que ainda serão estudadas pelos pesquisadores.
Todo o trabalho foi realizado ao longo dos últimos três anos. Para Victor, essa parceria com a Universidade de Wurzburg foi de essencial importância para a concretização da pesquisa. Nossos parceiros alemães são colaboradores de longa data e tem uma expertise ímpar no desenvolvimento e síntese de nanoestruturas semicondutoras. Eles possuem uma estrutura experimental de primeira linha com uma equipe de pesquisadores e alunos muito motivada a procura de desafios científicos. Ao trabalhar na fronteira do conhecimento, os riscos de muitas das apostas às vezes não se concretizam em grandes resultados, mas quando acertam, afloram descobertas muito interessantes, opina.
Segundo o docente, sua trajetória acadêmica e profissional na UFSCar o auxiliou diretamente nestes estudos. Os resultados inovadores foram possíveis pelo trabalho em equipe, muito entusiasta, estruturado em nosso grupo na UFSCar e por suas estruturas de pesquisa nucleadas, finaliza. O Grupo de Nanoestruturas Semicondutoras da UFSCar, instituído em 2014, possui integrantes dedicados a simulações teóricas e outros a caracterização experimental de estrutura eletrônica e respostas ópticas e de transporte de sistemas nanoscópicos a base de semicondutores. A complementaridade de expertises teórica e experimentais permite abordar os mais variados problemas e desafios científicos. Mais informações sobre o Grupo podem ser obtidas em seu site.
O artigo Nanothermometer Based on Resonant Tunneling Diodes: From Cryogenic to Room Temperatures sobre o estudo desenvolvido em parceria com pesquisadores da Alemanha está disponível no site da ACS Nano.
A tecnologia inovadora também teve um artigo, intitulado Nanothermometer Based on Resonant Tunneling Diodes: From Cryogenic to Room Temperatures (Nanotermômetro a Base de Diodos de Tunelamento Ressonante: de Temperaturas Criogênicas a Temperatura Ambiente), publicado na revista ACS Nano com a colaboração dos dois docentes, bem como do professor Gilmar Marques, também do DF da UFSCar, e a pós-doutoranda Mariama Rebello Sousa Dias, além da equipe alemã Andreas Pfenning, Fabian Hartmann, Christoph Süßmeier, Fabian Langer, Sven Höfling e Martin Kampe Lukas Worschech.
De acordo com o professor Victor, o objetivo fundamental da pesquisa foi desenvolver e aprimorar as funcionalidades de sensores ópticos com capacidade de detecção nos comprimentos de onda usuais nas telecomunicações modernas. Os dispositivos foram sintetizados para absorver luz nos comprimentos de onda usados em telecomunicações e transformar essa informação em variações de corrente e de reemissão de luz, já que o sistema também emite luz em outros comprimentos de onda devido a um processo chamado de eletro-luminescência, explica. Ao planejar as configurações ideais de crescimento que envolvem escolhas de propriedades estruturais materiais, tamanhos de camadas, dopagem, entre outras , foram criadas condições para que o sistema, além de responder à luz, tivesse uma resposta térmica proeminente e muito regular.
Os estudos experimentais destes dispositivos e os modelos teóricos desenvolvidos permitiram gerar desdobramentos que não tinham sido antecipados nas propostas preliminares deste projeto, afirma o docente. Dentre esses desdobramentos está a potencial utilização dos sensores ópticos como termômetros, descoberta realizada em conjunto com os pesquisadores alemães ao analisar a emissão de eletro-luminescência do dispositivo ao variar a temperatura. As amostras foram sintetizadas na Universidade de Wurzburg, no grupo de Física Técnica. Parte da caracterização experimental foi realizada na Alemanha e os alunos alemães envolvidos nestes trabalhos realizaram três estágios de pesquisa na UFSCar nos últimos dois anos, onde se complementaram as medidas em nossos laboratórios e os modelos teóricos para compreender os efeitos desenvolvidos. Isto abriu uma nova linha de pesquisa que foi incluída na tese de doutorado da Mariama Rebello Sousa Dias e se incorporou também à tese de doutorado do aluno alemão Andreas Pfenning, informa o professor.
Ainda segundo Victor, uma das ramificações das pesquisas se refere ao próprio termômetro. Ele tem o potencial de medir variações de temperaturas que vão do hélio líquido, próximas do zero absoluto na escala Kelvin (chamadas de criogênicas), até temperatura ambiente e um pouco além. Detectou-se que a margem de medição de temperatura do sensor é extremamente ampla, abrangendo pelo menos 300 graus, ressalta. Nesse sentido, a leitura pode ser feita de várias maneiras, já que o dispositivo tem a condução de corrente modificada, assim como os parâmetros de luz emitida. A capacidade da leitura pode ser feita tanto opticamente de maneira remota, pela emissão de luz do diodo como eletricamente, já que o dispositivo também tem a sua condutividade fortemente afetada. Para o pesquisador, a resposta térmica do dispositivo foi uma surpresa, mas o sistema tem diversas peculiaridades ópticas como, por exemplo, ao ser exposto a campos magnéticos que ainda serão estudadas pelos pesquisadores.
Todo o trabalho foi realizado ao longo dos últimos três anos. Para Victor, essa parceria com a Universidade de Wurzburg foi de essencial importância para a concretização da pesquisa. Nossos parceiros alemães são colaboradores de longa data e tem uma expertise ímpar no desenvolvimento e síntese de nanoestruturas semicondutoras. Eles possuem uma estrutura experimental de primeira linha com uma equipe de pesquisadores e alunos muito motivada a procura de desafios científicos. Ao trabalhar na fronteira do conhecimento, os riscos de muitas das apostas às vezes não se concretizam em grandes resultados, mas quando acertam, afloram descobertas muito interessantes, opina.
Segundo o docente, sua trajetória acadêmica e profissional na UFSCar o auxiliou diretamente nestes estudos. Os resultados inovadores foram possíveis pelo trabalho em equipe, muito entusiasta, estruturado em nosso grupo na UFSCar e por suas estruturas de pesquisa nucleadas, finaliza. O Grupo de Nanoestruturas Semicondutoras da UFSCar, instituído em 2014, possui integrantes dedicados a simulações teóricas e outros a caracterização experimental de estrutura eletrônica e respostas ópticas e de transporte de sistemas nanoscópicos a base de semicondutores. A complementaridade de expertises teórica e experimentais permite abordar os mais variados problemas e desafios científicos. Mais informações sobre o Grupo podem ser obtidas em seu site.
O artigo Nanothermometer Based on Resonant Tunneling Diodes: From Cryogenic to Room Temperatures sobre o estudo desenvolvido em parceria com pesquisadores da Alemanha está disponível no site da ACS Nano.
11/06/2015
13:00:00
16/08/2015
23:00:00
Adriana Arruda
Não
Não
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