PUBLICAÇÃO SOBRE NANOTECNOLOGIA

PUBLICAÇÃO SOBRE NANOTECNOLOGIA

TEMA: FÓTONS

Edilson Gomes de Lima - E-mail: [email protected]

Disciplina: engenharia mecânica – Autor: Edilson Gomes de Lima

Nome da organização: Ibero-Americano, Brazil

Abstract: This paper gives you an important and fast demonstration for a nanotechnology topic for better comprehension about nanoscience’s. It’s including just basic information about only a nanotechnology topic just as scientific disclosure. The present basic work is a model to students for deeper work. This paper is an abstract idea for initial student’s research as a brief. The present document gives you an initial and introductory preparation as a simple template. Nevertheless, this paper presents the issue photon in a light form that try to show the photons issue in a different way view. Focuses in the photon only and presenting the maximum inform about it. Remember that the photon is an elementary particle mediator of electromagnetic force. The photon is a quantum of electromagnetic radiation, including the light.

Keyword: Nanotechnology, physic, mathematic, chemistry.

1. Apresentação

Este é um estudo rápido sobre a luz e os fótons, entre tantos assuntos interconectados, na física encontramos a fotônica, uma disciplina que estuda os fótons. A fotônica é a ciência que estuda a geração, transmissão, modulação, processamento de sinais, amplificação e detecção de luz. Essa luz é mais estudada no espectro visível e infravermelho próximo, porém, as outras áreas do espectro, contemplando o ultravioleta que possui comprimento de onda entre 0,2-0,35 µm, e o infravermelho de onda larga estão na faixa entre 8-12 µm, já o infravermelho distante está entre 75-150 µm, região de laser de cascata quântica. A fotônica surgiu como os estudos nos iniciais de semicondutores emissores de luz. O fóton surgiu em 1926 por Gilbert Lewis. Ao falar em ondas, é importante compreender o termo onda, conforme segue na imagem 1.1.1.

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Na imagem 1.1.1 podemos observar um gráfico representando a onda padrão, em seus 360º, ao qual é muito estudada em geometria e nos osciloscópios.

2. Nota

O conhecimento da física em relação aos fótons já apresenta grandes possibilidades de utilização prática com o uso de técnicas em nanotecnologia.

3. Definição

O termo fóton é uma partícula elementar ao qual é mediadora da força eletromagnética, sendo inclusive um quantum da radiação eletromagnética. Os fótons são bósons que possuem Spin no valor 1. Os fótons são gerados na camada de valência, no qual ocorre uma troca entre fótons e elétrons, incluindo os prótons inclusive. Um assunto muito estudado na eletrodinâmica quântica. Os fótons interagem com os elétrons e o núcleo atômico, responsável por algumas propriedades da matéria, ao qual se inclui a estabilidade de átomos e moléculas, e consequentemente dos materiais sólidos. Na dinâmica do átomo, já é conhecido pela física que o fóton é gerado no átomo, em especial na eletrosfera. À medida que há entrada de elétrons na camada de valência, há a saída igual de fótons, e o contrário também, à medida que há saída de elétrons, há a entrada de fótons na camada de valência. Em processos de radiação poderá haver a emissão ou absorção de quanta individual de luz, em outras palavras o fóton, ao qual apresenta energia e o momento. Ao qual é compreendido e apresentado em meio matematizado por:

E=ɦ.v e P= ɦ.σ.

ɦ: Constante de Planck

v: Número de vibrações por unidade de tempo

σ: O número de ondas por unidade de comprimento

4. Os fótons e a nanotecnologia

Com os conhecimentos atuais, ferramentas, equipamentos, e conceitos são possíveis novos feitos, como contar, medir, ver, e quantificar os fótons. Com sincrotron nos Estados Unidos há a geração de imagens dos mesmos junto a informações relevantes. As primeiras compreensões sobre os fótons remontam de 1926 com Gilbert Lewis. Os fótons são muito usados em óptica e microscopia inclusive em meios de refração. Em experimentos com AFM há o uso do conceito de efeito Compton, no qual é usado um detector de fotodiodo para leitura pelos ângulos refratados. A constante de Boltzmann é inclusive usada neste assunto, assim como o efeito Compton que é a redução de energia, pelo aumento do comprimento de onda, de um fóton, de alguma faixa de onda específica, podendo ser raios-X, raios gama ou outro, devido à interação destas com a matéria, assim pela refração o instrumento detector de fotodiodo consegue fazer a leitura, e isso é usado em nanoscópios tipo AFM. A fotônica como termo caracteriza os fótons não como partículas nem ondas, mas de ambas. Assim, podemos dizer que fótons possuem características de partículas e de ondas ao mesmo tempo. Na imagem 1.1.1 observamos a escala normal de luz conhecida.

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Imagem 1.1.1 – Espectro aproximado para comprimento de ondas de luz.

Por meio deste espectro de energia e luz podemos observar com clareza a região definida pela física clássica a região de domínio da nanotecnologia, ao qual recordamos que está entre 1-100 nm. É importante ao leitor interessado em nanotecnologia e novas ciências “decorar” este espectro de luz e energia e ter sempre por perto em seus estudos sobre o assunto. Ao qual incluísse a este assunto a questão das instrumentações inclusive, que é necessário o conhecimento.

Nota: Quando se fala em fótons e elétrons é necessário tomar conhecimento nas unidades usadas nesta área de estudos, tão ínfima ao nosso mundo macroscópico, ao qual além das dimensões métricas, temos a energética que inclui como principal o elétron volt. A energia nos elétrons e fótons gira próxima dos eV elétron-volt, embora façamos medidas macroscópicas para luz em candela. No geral é importante tomar notas sobre as unidades para fótons.

Em física ótica há o efeito de confinamento da matéria, um comportamento quântico da matéria é observado em alguns casos no qual a luz cai em uma armadilha e fica presa em parte. Algo que lembra os pontos quânticos, no qual elétrons são confinados. O fóton confinado perde energia, e o espectro muda de cor, e.g., a vidraça de igrejas no qual possuem em sua estrutura partículas de ouro e outros componentes na pintura. A luz do sol carregada de fótons ao tentar atravessar, parte dos fótons fica presa entre essas partículas, o que causa uma mudança de cor, devido um efeito fotônico quântico. Na imagem 1.1.1 observamos a imagem de uma asa de borboleta observada em nanoscópia, essas cavidades nanométricas são capazes de aprisionar os fótons de tal forma a causar um efeito fotônico quântico, gerando desta forma cores vibrantes nas asas das borboletas.

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Conforme observado neste artigo, introdutório sobre os fótons, os mesmos fazem parte constituinte do ambiente e, portanto, sendo importante inclusive o estudo da história e histórico destes componentes da natureza, assim como as aplicações mais atuais. Em artigo recente na China, físicos conseguiram a façanha de criar uma memória quântica de apenas um fóton para aplicações na internet. Todas essas informações anexam o assunto elétron e fótons, assim como as demais partículas como assuntos intermitentes a nanotecnologia e novas ciências.

5. Sobre Tecnociência

Um caso de aplicação da fotônica está nos metamateriais. As aplicações desse conhecimento ainda precisam de ação e discernimento e reflexão. Meditar sobre esses assuntos, faz surgir possibilidades como os motores fotônicos, metamateriais, pontos quânticos e outra infinidade de aplicações aos fótons e elétrons. As aplicações reais em nanoscópios já estão ocorrendo. Já temos toda a nomenclatura sobre o assunto, termos, e conceitos. Resta agora obtermos as ações em engenharia para as aplicações destes termos, como o fóton, eV, fotão, fotônica, entre outros. As especificações e custos de instrumentação comumente usada são inclusive importantes o conhecimento, com uma classificação e especificação completa.

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Imagem 1.1.1 - Thorlabs™ C2008 - Uma bancada de laboratório pronta para estudos de luz e fótons, comercializado e vendidos por pela empresa Thorlabs™ a custos realmente baixos e acessíveis.

6. Conclusão

Neste artigo foi observada de forma geral uma visualização global sobre o assunto fóton, ao qual outro conjunto de tecnologias inovadoras que é necessário serem descrita é o uso de luz em computação, óptica, por chips. Essas novas ciências contemplam inclusive todas as tecnologias em um conjunto amplo para aplicação em nanotecnologia e novas ciências. Há uma conclusão a tudo isso que indica que há uma falta de especialistas em elétrons e fótons, além de mais ações nestas áreas para o desenvolvimento da ciência como um todo e a nanotecnologia em especial.

7. Referência

[1]. The value of science - Richar P. Feyman - A public address given at the 1955 autumn meeting of the National Academy of Sciences. C1955.

[2]. Adventures of a Curious Character - by Richard P. Feynman C1956.

[3]. A life of many paths - Dennis Silverman C2012

[4]. The Character of Physical Law - Richard Feynman C1960.