Engenheiros criaram um sensor que converte luz em um sinal el\u00e9trico com uma efici\u00eancia impressionante de 200% \u2013 uma figura aparentemente imposs\u00edvel que foi alcan\u00e7ada por meio das peculiaridades da f\u00edsica qu\u00e2ntica.<\/p>\n
Tal \u00e9 a sensibilidade do dispositivo conhecido como fotodiodo que a equipe respons\u00e1vel por sua inova\u00e7\u00e3o afirma que ele poderia ser potencialmente usado em tecnologia que monitora os sinais vitais de uma pessoa (incluindo batimentos card\u00edacos ou taxa de respira\u00e7\u00e3o) sem que nada precise ser inserido ou mesmo fixado ao corpo.<\/p>\n
A efici\u00eancia do fotodiodo \u00e9 tipicamente medida como o n\u00famero de part\u00edculas de luz dispon\u00edveis que ele pode converter em sinais el\u00e9tricos. Aqui, os cientistas est\u00e3o falando sobre algo intimamente relacionado, mas um pouco mais espec\u00edfico: o rendimento fotoel\u00e9trico, ou o n\u00famero de el\u00e9trons gerados por f\u00f3tons que atingem o sensor.<\/p>\n
O rendimento fotoel\u00e9trico de um fotodiodo \u00e9 determinado por sua efici\u00eancia qu\u00e2ntica \u2013 a capacidade essencial de um material de produzir part\u00edculas transportadoras de carga em um n\u00edvel fundamental, em vez da quantidade de energia el\u00e9trica produzida.<\/p>\n
\u201cIsso parece incr\u00edvel, mas n\u00e3o estamos falando de efici\u00eancia energ\u00e9tica normal aqui\u201d, diz o engenheiro qu\u00edmico Rene Janssen, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, na Holanda.<\/p>\n
\u201cO que conta no mundo dos fotodiodos \u00e9 a efici\u00eancia qu\u00e2ntica. Em vez da quantidade total de energia solar, conta o n\u00famero de f\u00f3tons que o diodo converte em el\u00e9trons.\u201d<\/p>\n
Como ponto de partida, a equipe trabalhou em um dispositivo que combinava dois tipos de c\u00e9lulas solares, perovskita e org\u00e2nicas. Empilhando as c\u00e9lulas, de forma que a luz que \u00e9 perdida por uma camada seja captada por outra, os pesquisadores alcan\u00e7aram 70% de efici\u00eancia qu\u00e2ntica.<\/p>\n
Para aumentar esse n\u00famero, luz verde adicional foi introduzida. O sensor tamb\u00e9m foi otimizado para melhorar sua capacidade de filtrar diferentes tipos de luz e responder a nenhuma luz. Isso empurrou a efici\u00eancia qu\u00e2ntica do fotodiodo para mais de 200%, embora nesse est\u00e1gio n\u00e3o esteja claro exatamente por que esse impulso est\u00e1 acontecendo.<\/p>\n
A chave pode ser a forma como os fotodiodos produzem uma corrente el\u00e9trica. F\u00f3tons excitam el\u00e9trons no material do fotodiodo, fazendo com que eles migrem e criem um ac\u00famulo de carga. Os pesquisadores hipotetizam que a luz verde pode liberar el\u00e9trons em uma camada, que s\u00e3o convertidos em corrente el\u00e9trica somente quando f\u00f3tons atingem uma camada diferente.<\/p>\n
\u201cCremos que a luz verde adicional leva \u00e0 acumula\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons na camada de perovskita\u201d, diz o engenheiro qu\u00edmico Riccardo Ollearo, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven. \u201cIsso atua como um reservat\u00f3rio de cargas que \u00e9 liberado quando f\u00f3tons infravermelhos s\u00e3o absorvidos na camada org\u00e2nica\u201d.<\/p>\n
\u201cEm outras palavras, cada f\u00f3ton infravermelho que passa e \u00e9 convertido em el\u00e9tron recebe a companhia de um el\u00e9tron b\u00f4nus, levando a uma efici\u00eancia de 200% ou mais.\u201d<\/p>\n
Um fotodiodo mais eficiente tamb\u00e9m \u00e9 um fotodiodo mais sens\u00edvel \u2013 um que \u00e9 melhor capaz de observar pequenas mudan\u00e7as na luz a partir de maiores dist\u00e2ncias. Isso nos leva de volta \u00e0 medi\u00e7\u00e3o dos batimentos card\u00edacos e dos n\u00edveis de respira\u00e7\u00e3o.<\/p>\n
Usando seu fotodiodo superfino, que \u00e9 cem vezes mais fino que uma folha de jornal, os pesquisadores mediram pequenas mudan\u00e7as na luz infravermelha refletida de volta de um dedo a uma dist\u00e2ncia de 130 cent\u00edmetros (51,2 polegadas). Isso foi mostrado para coincidir com a press\u00e3o arterial e a frequ\u00eancia card\u00edaca, assim como um sensor de smartwatch faz, mas operando de longe, atrav\u00e9s de uma mesa.<\/p>\n
Com uma configura\u00e7\u00e3o semelhante, a equipe mediu as taxas de respira\u00e7\u00e3o a partir de pequenos movimentos no peito. H\u00e1 potencial aqui para todos os tipos de monitoramento e prop\u00f3sitos m\u00e9dicos, se a tecnologia puder ser desenvolvida com sucesso a partir do est\u00e1gio de laborat\u00f3rio.<\/p>\n
\u201cQueremos ver se podemos melhorar ainda mais o dispositivo, por exemplo, tornando-o mais r\u00e1pido\u201d, diz Janssen. \u201cTamb\u00e9m queremos explorar se podemos testar o dispositivo clinicamente.\u201d<\/p>\n
A pesquisa foi publicada na Science Advances.<\/p>\n
Por Ademilson Ramos<\/p>\n