Ao longo do tempo, padrões de unidades de medida têm sido introduzidos para o uso prático e, hoje, incluem sete unidades básicas: metro, quilograma, segundo, ampere, kelvin, mol e candela. No entanto, devido ao progresso da ciência e tecnologia, para acompanhar as crescentes exigências mundiais, torna-se necessário revisar e aprimorar periodicamente as suas definições.
Uma das unidades do Sistema Internacional de Medidas (SI) que tem merecida atenção da comunidade científica é o ampere. O ampere é única unidade elétrica entre as sete unidades de base SI.
Em 1948, oficialmente, o ampère foi definido como a intensidade de uma corrente elétrica constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível, e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo, produziria entre estes condutores uma força igual a 2 × 10-7 newton por metro de comprimento.
Mas muito em breve, já em 2018, o ampère, a unidade padrão de corrente elétrica, pode receber uma nova identidade e uma definição mais precisa. Do mesmo modo, as unidades quilograma, kelvin e mole também estão programadas para serem redefinidas em termos de constantes fundamentais.
Os cientistas que trabalham com o novo método de medição entendem que a definição atual do ampère, de concepção macroscópica e de formulação hipotética, não pode ser fisicamente realizada como enunciado.
O National Institute of Standards and Technology (NIST) está trabalhando em um sistema de medição desafiador baseado em quantum, que será consistente com a mudança iminente. O ampere deve ser redefinido em termos de uma constante fundamental da natureza: a carga elétrica elementar (e). A Metrologia se preocupará em controlar e quantificar o fluxo de elétrons únicos em um determinado intervalo de tempo.
Single Electron Transport (SET)
O dispositivo especial em desenvolvimento no NIST utiliza uma técnica de nanoescala chamada de Transporte de um Único Elétron ou, do inglês, Single Electron Transport (SET), também conhecido como Bombas SET. O dispositivo, uma fonte extremamente precisa de corrente elétrica, construído a partir de silício, é capaz de fornecer apenas um elétron de cada vez. O projeto combinará esta Bomba SET com detectores ultra-sensíveis de um único elétron para criar fontes de corrente quântica de alta precisão, de baixa incerteza e alto rendimento, para uso como padrão de corrente elétrica. O principal impacto deste projeto será na metrologia elétrica fundamental, mas também pode resultar em dispositivos eletrônicos mais rápidos e melhores capacidades de medição.
No site do NIST (sob o título "Counting Down to the New Ampere"), encontra-se uma animação didática muito bem feita demonstrando o funcionamento do dispositivo de Transporte de um Único Elétron (SET).
Em síntese, os elétrons fluem através do dispositivo da "fonte" ao "dreno". Uma região de silício entre as portas - chamada de "ilha" - é usada para armazenar rapidamente elétrons simples.
Ao controlar as tensões das duas portas, os pesquisadores podem influenciar o movimento dos elétrons, de modo que um único elétron permaneça na ilha antes de entrar no dreno. Ao repetir este processo a uma taxa elevada, muitos elétrons fluem um de cada vez através do dispositivo, proporcionando uma fonte de corrente.
Fonte: NIST
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| Crédito: NIST Vista Esquemática do Dispositivo
A figura mostra o dispositivo, denominado Single
Electron Transport (SET), com portas duplas posicionadas sob a ilha e um
canal de elétrons controlável independentemente.
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