Notícia

Nova tecnologia abre caminho para acelerar elétrons em um chip

Hagen Schmidt / Andrew Ceballos

Fonte

Universidade Técnica de Darmstadt

Data

terça-feira, 27 novembro 2018 12:05

Áreas

Nanotecnologia. Bioeletrônica.

Os aceleradores de partículas geralmente são grandes e caros, mas isso poderá mudar em breve. O Programa Internacional “Acelerador em um  de Chip” (AChIP), financiado pela Fundação Gordon e Betty Moore dos EUA, visa criar um acelerador de elétrons em um chip de silício. A ideia fundamental é substituir estruturas do acelerador feitas de metal por vidro ou silício e usar um laser em vez de um gerador de microondas como fonte de energia. Devido à maior capacidade de carga do campo elétrico do vidro, a taxa de aceleração pode ser aumentada e assim a mesma quantidade de energia pode ser transmitida para as partículas dentro de um espaço mais curto, tornando o acelerador mais curto que os aceleradores tradicionais e fornecendo a mesma energia.

Um dos desafios é que o canal de vácuo dos elétrons em um chip deve ser muito pequeno, o que requer que o feixe de elétrons seja extremamente focado. Os canais de focalização magnética usados ​​nos aceleradores convencionais são muito fracos para isso. Isso significa que um método de foco totalmente novo deve ser desenvolvido para que o acelerador em um chip se torne realidade.

Nova tecnologia

O grupo de pesquisa em Física de Aceleradores da Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha, propôs recentemente uma solução que requer o uso do campos de laser próprios para focar os elétrons em um canal de apenas 420 nanômetros de largura. O grupo é liderado pelo Dr. Uwe Niedermayer, da Faculdade de Engenharia Elétrica e Tecnologia da Informação da universidade. O desenvolvimento, que foi publicado na revista científica Physical Review Letters, está sendo realizado como parte de uma colaboração internacional.

O conceito desenvolvido pelos cientistas tem como base as mudanças abruptas na fase dos elétrons em relação ao laser, resultando na alternância focagem-desfocagem nas duas direções no plano da superfície do chip. Isso cria estabilidade em ambas as direções. O conceito pode ser comparado a uma bola em uma sela – a bola vai cair, independentemente da direção em que a sela seja posicionada. No entanto, girar a sela continuamente pode fazer com que a bola permaneça estável na sela. Os elétrons no canal do chip fazem o mesmo.

Perpendicular à superfície do chip, a focagem mais fraca é suficiente, e um único ímã quadripolar englobando todo o chip pode ser usado. Este conceito é semelhante ao de um acelerador linear convencional. No entanto, para um acelerador em um chip, a dinâmica eletrônica foi alterada para criar um projeto bidimensional que pode ser realizado usando técnicas litográficas da indústria de semicondutores.

Aplicações na indústria e medicina

As possíveis aplicações para um acelerador como este seriam na indústria e na medicina. Um importante objetivo de longo prazo é criar uma fonte de feixe de raios X coerente e compacta que possa ser usada na caracterização de materiais. Um exemplo de aplicação médica seria um “endoscópio-acelerador”, que poderia ser usado para irradiar tumores profundos dentro do corpo.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Darmstadt (em inglês).

Fonte: Comunicação e Mídias, Universidade Técnica de Darmstadt. Imagem: Hagen Schmidt / Andrew Ceballos.

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