O mais pequeno rádio do mundo

Cortesia da imagem: Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory e UCBerkeley.

Esta imagem, obtida com com um microscópio electrónico de transmissão* (TEM - Transmission Electron Microscope) mostra um único nanotubo de carbono montado numa base de tungsténio que funciona como um eléctrodo (as ondas não fazem parte da imagem original). O nanotubo representado tem menos de um micrómetro de comprimento e tem apenas 10 nanómetros de largura (cerca de 10 000 vezes mais fino que um cabelo humano). Quando o nanotubo recebe uma onda de rádio de frequência específica, começa a vibrar. O campo eléctrico aplicado ao nanotubo faz com este emita electrões, que podem ser usados para detectar as vibrações do nanotubo, isto é, ouvir rádio.

Há 15 dias, a 18 de Outubro, a revista «Nano Letters» apresentava a descrição do primeiro AM demodulador, funcional, à escala nano, desenvolvido por dois cientistas da UCIrvine. Na mesma revista, foi publicado online dia 31 de Outubro a descrição do primeiro «Nanotube radio», em que todos os componentes essenciais de um rádio se resumem ao nanotubo da figura. Os autores, que disponibilizam na página do grupo vídeos e ficheiros áudio muito interessantes, demonstraram que este rádio permite receber com sucesso música e voz humana. Layla de Eric Clapton foi a primeira canção ouvida num nano dispositivo.

Embora ouvir música transmitida por um nano rádio seja certamente excitante, pelo menos na primeira vez, a tecnologia terá muito provavelmente outras aplicações. Como refere Bruce Kramer, um dos autores:

«A aplicação de um receptor de rádio com menos de 50 milionésimos de uma polegada (2.54 cm) de comprimento e um milionésimo de polegada de diâmetro permite o controle rádio de praticamente tudo, desde um receptor único numa célula viva a um vasto conjunto implantado numa asa de avião».

Este nano rádio surge exactamente 120 anos depois da publicação nos Annalen der Physik de um dos seus mais famosos artigos, tanto quanto aqueles publicados por Max Planck e Einstein uns anos depois e que revolucionaram a Física e o mundo. E apenas 11 anos após Kroto, Smalley e Curl terem sido laureados com o Nobel da Química pela descoberta dos fullerenos, família de compostos que inclui nanotubos de carbono.

No artigo de 1887, Heinrich Rudolf Hertz confirma a existência das ondas electromagnéticas propostas quinze anos antes por James Clerk Maxwell e descreve o primeiro oscilador capaz de transmitir uma onda electromagnética. Este dispositivo, que utilizava uma bobina de Ruhmkorff, permitiu a Hertz descobrir as ondas de rádio (e o efeito fotoeléctrico, mas essa é outra história). É incrível o progresso que a transmissão e a recepção das ondas hertzianas conheceu nestes escassos 120 anos, progresso possível devido aos igualmente incríveis desenvolvimentos da química e física dos fullerenos!

*Quando queremos olhar para objectos pequenos usamos um microscópio. Num microscópio, a luz incide sobre o objecto e é difractada em várias direcções; a lente colecta os raios difractados e reconstitui a imagem. Mas não se conseguem ver detalhes que sejam menores que o comprimento de onda da radiação utilizada para os ver.

A luz visível tem comprimento de onda entre 400-700 nm, o que significa que não podemos usar microscópios ópticos para ver algo de dimensões menores que algumas centenas de nanómetros.

Existem várias técnicas disponíveis para «ver» o muito pequeno, o TEM é apenas uma delas, em que se utiliza um feixe de electrões acelerados - a diversas velocidades, ou seja, comprimento de onda variável -, o que faz com se utilizem lentes electromagnéticas na reconstrução da imagem. Se quisermos olhar para moléculas, isto é, «ver» com resolução atómica, necessitamos de luz de comprimento onda na gama dos raios-x.

Não é possível construir um microscópio de raios-X para olhar para moléculas porque não existem lentes de raios-X. Podemos no entanto simular uma lente de raios-X num computador. Numa experiência de difracção de raios-X, a reconstituição da imagem é feita com o auxílio de programas. A radiação difractada por um objecto é a transformada de Fourier desse objecto ou a imagem desse objecto no espaço de Fourier ou espaço recíproco. A reconstituição da imagem reside na passagem para o espaço real, o que implica inverter esta transformada de Fourier. A lente simulada no computador consiste num conjunto de programas que calculam a inversa da transformada de Fourier a partir das imagens de difracção obtidas.