A Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, estabeleceu um novo recorde mundial ao fabricar um capacitor com apenas 32 nanómetros de separação entre as placas. O dispositivo integra uma membrana de alumínio móvel e um eletrodo fixo, formando um componente de dimensões inéditas para uso em sensores de altíssima precisão.
Recorde de miniaturização
A equipa liderada por Ioan Ignat produziu um capacitor de placas paralelas que, segundo os investigadores, é o menor já obtido até agora. A redução extrema das dimensões evita limitações comuns nos sistemas micro e nanoeletromecânicos, como a aderência provocada pela Força de Casimir e o desgaste acelerado por atrito em escalas ínfimas.
Para superar essas barreiras, os cientistas recorreram a técnicas avançadas de litografia e de controlo de superfícies, alcançando a distância de 32 nm entre a membrana de alumínio e o eletrodo. O componente compacto surge como alternativa aos sistemas optomecânicos convencionais, que dependem de lasers e de alinhamento preciso de feixes de luz para medir vibrações em nanoestruturas.
Aplicações em metrologia quântica
O principal objetivo do projeto é melhorar o limite de precisão em medições quânticas, área conhecida como metrologia quântica. A proposta do grupo austríaco consiste em substituir deteções baseadas em luz por um circuito ressonante elétrico, composto pelo novo capacitor acoplado a um indutor. Nesse circuito, qualquer alteração na vibração da membrana modifica a frequência de ressonância, permitindo identificar movimentos extremamente pequenos.
Segundo Daniel Platz, membro da equipa, a estratégia cria um sistema mais robusto e fácil de integrar em dispositivos portáteis. «As vibrações da nossa nanomembrana influenciam a ressonância elétrica com grande sensibilidade, gerando leituras menos afetadas por ruído térmico ou por flutuações inerentes aos fotões», explicou o investigador. O resultado é um desempenho limitado apenas pelas leis da mecânica quântica, sem os componentes volumosos típicos de configurações óticas.
Impacto na microscopia de força atômica
Entre as primeiras aplicações, destaca-se a microscopia de força atômica (AFM). Nesse tipo de microscópio, uma ponta percorre a superfície da amostra e registra variações de força a nível atômico. Normalmente, tais leituras dependem de lasers para medir o desvio de uma alavanca microscópica. Com o capacitor de 32 nm, a detecção pode ocorrer por via elétrica, dispensando sistemas óticos e reduzindo o tamanho do equipamento.
A substituição promete simplificar a construção de AFMs compactos, adequados para laboratórios com espaço reduzido ou para uso em medições de campo. Além disso, a menor suscetibilidade a ruídos externos aumenta a fiabilidade dos resultados obtidos nesses microscópios, fator essencial em pesquisa de materiais e dispositivos semicondutores.
Imagem: NewsUp Brasil
Integração em MEMS e NEMS
O recorde de miniaturização também representa um avanço direto para MEMS e NEMS, conjuntos de micro e nano dispositivos capazes de executar tarefas mecânicas e eletrónicas em escala minúscula. A presença de um capacitor ultracompacto abre caminho para sensores de massa, pressão ou aceleração com maior sensibilidade e menor consumo de energia.
A equipa de Viena pretende combinar essa tecnologia com ressonadores puramente mecânicos já desenvolvidos em estudos anteriores. A integração de diferentes plataformas — mecânica, elétrica e, quando necessário, ótica — visa criar ferramentas de medição versáteis, adaptáveis a diversos cenários industriais e científicos.
Próximos passos da pesquisa
Os investigadores planeiam agora testar a durabilidade do capacitor em ambientes variáveis de temperatura e pressão, etapas cruciais para validar a sua adoção em produtos comerciais. Outra meta consiste em escalar o processo de fabrico para produzir lotes maiores, condição indispensável para incorporar o componente em chips ou módulos eletrónicos de grande circulação.
Além disso, a equipa estuda a aplicação do circuito ressonante em detetores de campo elétrico e magnético, áreas onde a sensibilidade ao nível de quantum pode trazer melhorias substanciais. Se bem-sucedido, o trabalho pode influenciar desde a caracterização de materiais 2D até métodos de inspeção em linhas de produção de semicondutores.
