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Europa é mais do que apenas uma das muitas luas de Júpiter – é também um dos lugares mais promissores do sistema solar para procurar vida extraterrestre. Menos de 10 quilômetros de gelo é um oceano de água líquida que poderia sustentar a vida. Mas com temperaturas de superfície de -180 graus Celsius e com níveis extremos de radiação, também é um dos lugares mais inóspitos do sistema solar. Explorar Europa pode ser possível nos próximos anos graças a novas aplicações para pesquisa de tecnologia de transistor de silício-germânio na Georgia Tech.
Regents’ Professor John D. Cressler na Escola de Engenharia Elétrica e de Computação (ECE) e seus alunos têm trabalhado com transistores bipolares de silício-germânio heterojunção (SiGe HBTs) por décadas e descobriram que eles têm vantagens únicas em ambientes extremos como Europa .
“Devido à maneira como são feitos, esses dispositivos realmente sobrevivem a essas condições extremas sem nenhuma alteração feita na própria tecnologia subjacente”, disse Cressler, investigador do projeto. “Você pode construí-lo para o que você quer que ele faça na Terra, e então você pode usá-lo no espaço.”
Os pesquisadores estão no primeiro ano de uma bolsa de três anos no programa NASA Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology (COLDTech) para projetar a infraestrutura eletrônica para as próximas missões à superfície da Europa. A NASA planeja lançar o Europa Clipper em 2024, uma espaçonave em órbita que mapeará os oceanos de Europa e, eventualmente, enviará um veículo de pouso, Europa Lander, para perfurar o gelo e explorar seu oceano. Mas tudo começa com a eletrônica que pode funcionar no ambiente extremo de Europa.
Cressler e seus alunos, juntamente com pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL) e da Universidade do Tennessee (UT), demonstraram as capacidades dos SiGe HBTs para este ambiente hostil em um artigo apresentado na Conferência IEEE sobre Efeitos de Radiação Nuclear e Espacialem julho.
Desafio da Europa
Como a Terra, Júpiter também tem um núcleo de metal líquido que gera um campo magnético, produzindo cinturões de radiação de prótons e elétrons de alta energia do vento solar. Infelizmente, como uma lua de Júpiter, Europa fica exatamente nesses cinturões de radiação. Com efeito, qualquer tecnologia projetada para a superfície de Europa precisaria não apenas sobreviver às temperaturas frias, mas também à pior radiação encontrada no sistema solar.
Felizmente, os HBTs SiGe são ideais para esse ambiente hostil. O SiGe HBT introduz uma liga Si-Ge em nanoescala dentro de um transistor bipolar típico para nanoengenharia de suas propriedades, produzindo efetivamente um transistor muito mais rápido, mantendo a economia de escala e o baixo custo dos transistores de silício tradicionais. Os HBTs SiGe têm a capacidade única de manter o desempenho sob exposição extrema à radiação, e suas propriedades melhoram naturalmente em temperaturas mais frias. Uma combinação tão única os torna candidatos ideais para a exploração da Europa.
“Não é apenas fazer a ciência básica e provar que o SiGe funciona”, disse Cressler. “Na verdade, está desenvolvendo eletrônicos para a NASA usar em Europa. Sabemos que o SiGe pode sobreviver a altos níveis de radiação. E sabemos que permanece funcional em temperaturas frias. O que não sabíamos é se ele poderia fazer as duas coisas ao mesmo tempo, o que é necessários para missões de superfície na Europa.”
Testando os transistores
Para responder a essa pergunta, os pesquisadores do GT usaram o Dynamitron do JPL, uma máquina que dispara elétrons de alto fluxo a temperaturas muito baixas para testar SiGe em ambientes do tipo Europa. Eles expuseram SiGe HBTs a um milhão de elétrons Volt a uma dose de radiação de cinco milhões de rads de radiação (200-400 rads é letal para humanos), a 300, 200 e 115 Kelvins (-160 Celsius).
“O que nunca foi feito foi usar a eletrônica como fizemos nesse experimento”, disse Cressler. “Então, trabalhamos literalmente no primeiro ano para obter os resultados que estão nesse artigo, o que é, em essência, uma prova definitiva de que o que afirmamos é, de fato, verdade – que o SiGe sobrevive às condições da superfície da Europa”.
Nos próximos dois anos, os pesquisadores do GT e da UT desenvolverão circuitos reais de SiGe que poderão ser usados na Europa, como rádios e microcontroladores. Ainda mais importante, esses dispositivos poderiam ser usados perfeitamente em quase qualquer ambiente espacial, inclusive na Lua e em Marte.
“Se Europa é o ambiente de pior caso no sistema solar, e você pode construí-los para funcionar em Europa, eles funcionarão em qualquer lugar”, disse Cressler. “Esta pesquisa une pesquisas anteriores que fizemos em minha equipe aqui na Georgia Tech por um longo tempo e mostra aplicações realmente interessantes e inovadoras dessas tecnologias. Temos orgulho de usar nossa pesquisa para abrir novos caminhos inovadores e, assim, permitir novas aplicações .”
Vídeo: https://youtu.be/hKr6uh4k-7g
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto de Tecnologia da Geórgia. Original escrito por Tess Malone. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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