Imagem infravermelha de um pesquisador da NASA. Clique para ampliar
O desenvolvimento de detectores de infravermelho tem sido um benefício para a astronomia. A NASA desenvolveu uma alternativa barata aos detectores infravermelhos anteriores, que podem encontrar muitos usos aqui na Terra. O detector é chamado de um conjunto de fotodetectores de infravermelho quântico (QWIP) e pode detectar rapidamente incêndios florestais, detectar vazamentos de gás e ter muitos outros usos comerciais.
Um detector barato desenvolvido por uma equipe liderada pela NASA agora pode ver luz infravermelha invisível em uma variedade de "cores" ou comprimentos de onda.
O detector, chamado de fotodetector de infravermelho quântico (QWIP), era o maior conjunto de infravermelho do mundo (um milhão de pixels) quando o projeto foi anunciado em março de 2003. Era uma alternativa de baixo custo à tecnologia convencional de detector de infravermelho para uma ampla gama de aplicações científicas e comerciais. No entanto, na época, ele só conseguia detectar uma faixa estreita de cores infravermelhas, equivalente a tirar uma fotografia convencional apenas em preto e branco. A nova matriz QWIP é do mesmo tamanho, mas agora pode detectar infravermelho em uma ampla faixa.
"A capacidade de ver uma variedade de comprimentos de onda infravermelhos é um avanço importante que aumentará significativamente os usos potenciais da tecnologia QWIP", disse o Dr. Murzy Jhabvala, do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Maryland, Investigador Principal do projeto.
A luz infravermelha é invisível ao olho humano, mas alguns tipos são gerados e percebidos como calor. Um detector infravermelho convencional possui várias células (pixels) que interagem com uma partícula de luz infravermelha (um fóton infravermelho) e a convertem em uma corrente elétrica que pode ser medida e registrada. Eles são semelhantes em princípio aos detectores que convertem luz visível em uma câmera digital. Quanto mais pixels podem ser colocados em um detector de um determinado tamanho, maior a resolução e as matrizes QWIP da NASA representam um avanço significativo em relação às matrizes QWIP anteriores de 300.000 pixels, anteriormente a maior disponível.
O detector QWIP da NASA é um chip semicondutor de arseneto de gálio (GaAs) com mais de 100 camadas de material detector na parte superior. Cada camada é extremamente fina, variando de 10 a 700 átomos de espessura, e as camadas são projetadas para atuar como poços quânticos.
Os poços quânticos empregam a física bizarra do mundo microscópico, chamada mecânica quântica, para prender elétrons, as partículas fundamentais que transportam corrente elétrica, de modo que somente a luz com uma energia específica possa liberá-los. Se a luz com a energia correta atinge um dos poços quânticos da matriz, o elétron liberado flui através de um chip separado acima da matriz, chamado leitura de silício, onde é gravado. Um computador usa essas informações para criar uma imagem da fonte de infravermelho.
A matriz QWIP original da NASA pode detectar luz infravermelha com um comprimento de onda entre 8,4 e 9,0 micrômetros. A nova versão pode ver infravermelho entre 8 a 12 micrômetros. O avanço foi possível porque poços quânticos podem ser projetados para detectar luz com diferentes níveis de energia, variando a composição e a espessura das camadas de material do detector.
"A ampla resposta desse conjunto, particularmente no infravermelho distante - 8 a 12 micrômetros - é crucial para a espectroscopia no infravermelho", disse Jhabvala. A espectroscopia é uma análise da intensidade da luz em cores diferentes de um objeto. Ao contrário de uma fotografia simples que apenas mostra a aparência de um objeto, a espectroscopia é usada para reunir informações mais detalhadas, como a composição química, a velocidade e a direção do movimento do objeto. A espectroscopia é usada em investigações criminais; por exemplo, para saber se um produto químico encontrado na roupa de um suspeito corresponde ao da cena do crime, e é como os astrônomos determinam de que estrelas são feitas, mesmo que não haja como coletar uma amostra diretamente, com as estrelas a muitos trilhões de quilômetros de distância.
Outros aplicativos para matrizes QWIP são numerosos. Na NASA Goddard, algumas dessas aplicações incluem: estudar as temperaturas da troposfera e da estratosfera e identificar vestígios químicos; medições de balanço energético de copa de árvores; medir emissividades da camada de nuvens, tamanho de gotícula / partícula, composição e altura; Emissões de SO2 e aerossol de erupções vulcânicas; rastrear partículas de poeira (do deserto do Saara, por exemplo); Absorção de CO2; erosão costeira; gradientes térmicos oceânicos / fluviais e poluição; análise de radiômetros e outros equipamentos científicos utilizados na obtenção de valas terrestres e aquisição de dados atmosféricos; astronomia terrestre; e temperatura soando.
As aplicações comerciais potenciais são bastante diversas. A utilidade das matrizes QWIP em instrumentação médica está bem documentada (OmniCorder, Inc. em Nova York) e pode se tornar um dos drivers de tecnologia QWIP mais significativos. O sucesso do uso da OmniCorder Technologies de matrizes QWIP de banda estreita 256 x 256 para auxiliar na detecção de tumores malignos é bastante notável.
Outras aplicações comerciais potenciais para matrizes QWIP incluem: localização de incêndios florestais e pontos quentes residuais; localização de invasão indesejada de vegetação; monitoramento da saúde das culturas; monitorar a contaminação, maturação e deterioração do processamento de alimentos; localização de falhas do transformador de linha de energia em áreas remotas; monitoramento de efluentes de operações industriais, como fábricas de papel, locais de mineração e usinas; microscopia infravermelha; procurando uma grande variedade de vazamentos térmicos e localizando novas fontes de água de nascente.
As matrizes QWIP são relativamente baratas porque podem ser fabricadas usando a tecnologia semicondutora padrão que produz os chips de silício usados em computadores em qualquer lugar. Eles também podem ser feitos muito grandes, porque os GaAs podem ser cultivados em lingotes grandes, assim como o silício.
O esforço de desenvolvimento foi liderado pelo Centro de Sistemas e Tecnologia de Instrumentos da NASA Goddard. O Laboratório de Pesquisa do Exército (ARL), Adelphi, Maryland, foi fundamental na teoria, projeto e fabricação do arranjo QWIP, e a L3 / Cincinnati Electronics de Mason, Ohio, forneceu a leitura e a hibridização do silício. Este trabalho foi concebido e financiado pelo Earth Science Technology Office como um projeto de desenvolvimento de tecnologia de componentes avançados.
Fonte original: Comunicado de imprensa da NASA
