Pesquisadores inventaram um novo tipo de amplificador para sinais elétricos.
Seja para produzir um volume mais elevado em um aparelho de som, seja para incrementar os tênues sinais captados por cada pixel de uma câmera digital, a moderna tecnologia é totalmente dependente dos amplificadores.
Eles são usados em quase tudo, dos instrumentos de medição aos sensores dos telescópios usados para observar o Universo.
Amplificadores
Um amplificador é basicamente um circuito que aumenta a intensidade de um sinal fraco. Hoje, esse papel é basicamente desempenhado pelostransistores.
Em um transistor, uma pequena corrente - o sinal que se deseja reforçar - impõe suas características em uma corrente muito maior que atravessa o componente, resultando no sinal original amplificado.
Como bem se sabe, amplificadores transistorizados são muito bons para a maioria das tarefas, sendo capazes de reforçar sinais de uma gama muito ampla de frequências.
Eles só começam a falhar quando os sinais são muito fracos - como a medição de um evento de baixíssima energia, ou a captura de sinais de ondas de rádio de alta frequência vindos de galáxias distantes, apenas para citar dois exemplos.
O sinal sai forte, mas com pouca clareza - como um rádio com um volume muito alto, mas onde os chiados e estalidos tornam quase impossível entender o que o locutor está dizendo.
Amplificadores paramétricos
Mas existem outros tipos de reforçadores de sinais, como os amplificadores paramétricos.
Em um amplificador paramétrico, um sinal forte, chamado sinal de bombeamento, injeta energia no sinal mais fraco que se deseja reforçar, amplificando-o.
A seu favor, eles têm o fato de que o único ruído que produzem resulta da inevitável agitação dos átomos e das ondas produzidas segundo as leis da mecânica quântica.
Contra, eles têm a característica de operar apenas em faixas muito estreitas de frequências, o que restringe suas aplicações práticas.
Amplificador híbrido
Agora, cientistas da NASA e do Instituto de Tecnologia da Califórnia inventaram um novo tipo de amplificador que é um híbrido entre os transistores e os amplificadores paramétricos.
Usando materiais supercondutores - nitreto de titânio (TiN) e nitreto de titânio-níóbio (NbTiN) - os pesquisadores construíram uma espécie de amplificador paramétrico de banda larga, ou seja, ele opera em uma larga faixa de frequências, como os amplificadores a transístor, mas produz quase nenhum ruído, com os amplificadores paramétricos clássicos.
O novo amplificador tem inúmeras aplicações, como a medição de eventos químicos e físicos não detectáveis pelos sensores atuais.
Segundo os pesquisadores, o novo amplificador vai redefinir o que é possível medir, revolucionando o campo da metrologia.
Mas, como estão ligados à NASA, os cientistas estão interessados em seu uso imediato para estudar o Universo.
Amplificador de sinais cósmicos
O novo amplificador será usado para amplificar os sinais de eventos cósmicos distantes em uma ampla faixa de frequências, das ondas de rádio aos raios X, emitidos por galáxias distantes, buracos negros e outros corpos celestes exóticos.
Ele permitirá, por exemplo, fazer um mapeamento muito mais sensível da radiação cósmica de fundo, detectada nos comprimentos de onda milimétrico e submilimétrico - entre as ondas de rádio e a radiação infravermelha.
Em vez de amplificar diretamente o sinal astronômico, o amplificador paramétrico de banda larga poderá ser usado para amplificar o sinal eletrônico dos detectores de luz de telescópios ópticos, ultravioletas ou mesmo de raios X, facilitando a detecção de objetos celestes muito distantes.
Bibliografia:
A wideband, low-noise superconducting amplifier with high dynamic range
Byeong Ho Eom, Peter K. Day, Henry G. LeDuc, Jonas Zmuidzinas
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys2356
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