O demônio artificial de Maxwell. Notícias gratuitas da biblioteca técnica

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Demônio artificial de Maxwell

21.01.2016

Físicos da Finlândia, Rússia (Ivan Khaimovich do Instituto de Física de Microestruturas da Academia Russa de Ciências) e dos Estados Unidos criaram um demônio artificial autônomo de Maxwell.

Um experimento mental com um demônio foi proposto em 1867 pelo físico escocês James Clerk Maxwell. O cientista queria assim chamar a atenção para o aparente paradoxo do segundo postulado da termodinâmica, segundo o qual a entropia de um sistema fechado não diminui.

Em seu experimento mental, Maxwell pegou um cilindro de gás fechado e o dividiu em duas partes por uma parede interna com uma pequena escotilha. Ao abri-lo e fechá-lo, o demônio de Maxwell separa partículas rápidas (quentes) e lentas (frias).

Isso leva ao fato de que uma diferença de temperatura é criada no cilindro de gás e o calor é transferido de um gás mais frio para um mais quente, o que viola a segunda lei da termodinâmica. O paradoxo foi resolvido pelo físico Leo Szilard em 1929.

O sistema criado pelos cientistas é baseado em um transistor de um único elétron, que forma uma pequena ilha de cobre conectada a dois fios supercondutores de alumínio. O demônio de Maxwell controla o movimento dos elétrons através de um transistor.

Quando uma partícula está em uma ilha, o demônio a atrai com uma carga positiva. Se um elétron sai da ilha, o demônio o repele com uma carga negativa, o que leva a uma diminuição da temperatura do sistema.

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Energia do espaço para Starship 08.05.2024

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Câmera SNSPD para pesquisa de fótons 22.11.2023

Cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA desenvolveram uma câmera equipada com um detector supercondutor de nanofios de fóton único (SNSPD), capaz de processar informações com resolução 400 vezes maior que os análogos atuais, sem perder outras características importantes. Este avanço significativo poderia levar a câmeras SNSPD de grande escala, capazes de capturar imagens de fótons únicos em um amplo espectro eletromagnético.

A câmera SNSPD revelada com novas tecnologias de leitura abre uma nova era no campo da detecção de fótons, proporcionando a capacidade de processar imagens com resolução sem precedentes. Uma abordagem revolucionária para criar uma câmera com um grande número de pixels poderia levar a mudanças significativas no campo da fotônica e da óptica.

As primeiras câmeras SNSPD surgiram há duas décadas, provocando uma revolução no campo da óptica. Eles envolvem matrizes de nanofilamentos resfriados até perto do zero absoluto. Cada filamento transporta corrente elétrica abaixo de um ponto crítico onde a supercondutividade é perdida. Quando um fóton colide com um nanofilamento, o calor que ele absorve interrompe temporariamente a supercondutividade. Isso permite que a câmera determine com precisão a localização de cada fóton.

Os SNSPDs têm excelente desempenho: funcionam com qualquer comprimento de onda de fóton até 29 nm e fornecem eficiência de detecção de 98% a 1550 nm. Apesar destas vantagens, o escalonamento do SNSPD tem sido dificultado pela necessidade de threads de leitura independentes para cada pixel, limitando a sua resolução a 1000 pixels.

A equipe resolveu esse problema detectando fótons usando linhas de leitura paralelas localizadas em cada linha e coluna. Esse método, diferente da leitura direta do sinal elétrico, permitiu que a câmera identificasse onde o fóton foi absorvido. A câmera montada é capaz de gravar 400 pixels, o que é 000 vezes maior que a capacidade dos análogos mais modernos. Outras melhorias prometem resultados ainda maiores nesta área.

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