Os incríveis espelhos por trás da tecnologia avançada

No topo de uma montanha no deserto seco do Atacama, no Chile, o Observatório Espacial Europeu está actualmente a construir o maior telescópio óptico do mundo.

Não se perdeu tempo na escolha de um nome – ele se chamará Extremely Giant Telescope, ou ELT.

Em vez disso, uma enorme quantidade de energia foi gasta na concepção e construção do “maior olho do mundo voltado para o céu”, que deverá começar a recolher imagens em 2028 e muito provavelmente expandirá a nossa compreensão do universo.

Nada disso seria possível sem alguns dos espelhos mais avançados já fabricados.

A Dra. Elise Vernet é especialista em óptica adaptativa no ESO e supervisionou o desenvolvimento dos cinco espelhos gigantes que irão recolher luz e transmiti-la ao equipamento de medição do telescópio.

Cada um dos espelhos personalizados do ELT é uma façanha de design óptico.

Dr. Vernet descreve o espelho convexo M2 de 14 pés (4,25 m) como uma “obra de arte”.

Mas talvez os espelhos M1 e M4 expressem melhor o nível de complexidade e precisão exigidos.

O espelho primário M1 é o maior espelho já feito para um telescópio óptico.

“São 39 milhões.” [128ft] Em diâmetro, consiste em [798] “O espelho é composto por segmentos hexagonais, alinhados de forma que se comportem como um espelho perfeitamente homogêneo”, diz o Dr.

O M1 coletará até 100 milhões de vezes mais luz que o olho humano e deverá ser capaz de manter a posição e a forma com um nível de precisão 10.000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano.

O espelho M4 é o maior espelho deformável já feito e será capaz de mudar de formato 1.000 vezes por segundo para corrigir a turbulência atmosférica e as vibrações do próprio telescópio que podem distorcer as imagens.

Sua superfície flexível consiste em seis pétalas de material vitrocerâmico com menos de 2 mm (0,075 pol.) de espessura.

As pétalas foram fabricadas pela Schott em Mainz, Alemanha, e depois enviadas para a empresa de engenharia Safran Reosc, nos arredores de Paris, onde foram polidas e montadas num espelho perfeito.

O processo de fabricação dos cinco espelhos está em fase de conclusão e em breve serão transportados ao Chile para instalação.

Embora estes espelhos massivos sejam usados ​​para capturar a luz do Universo, os vizinhos do ESO em Garching, no Instituto Max Planck de Óptica Quântica, criaram um espelho quântico que funciona nas escalas mais pequenas imagináveis.

Em 2020, uma equipa de investigação conseguiu fazer com que uma única camada de 200 átomos alinhados agisse colectivamente para reflectir a luz, criando efectivamente um espelho tão pequeno que não pode ser visto a olho nu.

Em 2023, eles conseguiram colocar um único átomo controlado microscopicamente no centro da matriz para criar um “interruptor quântico” que pode ser usado para controlar se os átomos são transparentes ou reflexivos.

“O que os teóricos previram, e nós observamos experimentalmente, é que nestas estruturas organizadas, uma vez absorvido e reemitido, um fóton é na verdade emitido [in one predictable] “É um espelho, é isso que o torna um espelho”, diz o Dr. Pascal Weckiser, pesquisador de pós-doutorado no instituto.

Esta capacidade de controlar a direção da luz refletida em um átomo poderia ter aplicações futuras em uma série de tecnologias quânticas, como, por exemplo, redes quânticas à prova de hackers para armazenamento e transmissão de informações.

A noroeste, em Oberkochen, perto de Stuttgart, a Zeiss fabrica espelhos com outra propriedade extrema.

A empresa óptica passou anos desenvolvendo um espelho extremamente plano que se tornou um componente-chave em máquinas que imprimem chips de computador, chamadas máquinas de impressão ultravioleta extrema, ou EUVs.

A empresa holandesa ASML é a fabricante líder mundial de EUVs, dos quais os espelhos Zeiss são um componente principal.

Os espelhos Zeiss EUV podem refletir luz em comprimentos de onda muito pequenos, proporcionando clareza de imagem em pequena escala, de modo que mais e mais transistores podem ser impressos na mesma área de um wafer de silício.

Para explicar como são os espelhos planos, o Dr. Frank Rohmond, chefe de fabricação de semicondutores da Zeiss, usa uma analogia topográfica.

“Se você pegasse um espelho doméstico e o ampliasse para o tamanho da Alemanha, o ponto mais alto de elevação seria de 5 metros em um espelho espacial. [as in the James Webb Space Telescope]Serão 2cm [0.75in]“Em um espelho EUV, seria 0,1 mm”, explicou.

Esta superfície espelhada ultra-suave, combinada com os sistemas que controlam a posição do espelho, também fabricados pela Zeiss, proporciona um nível de precisão equivalente ao reflexo da luz num espelho EUV na superfície da Terra e à recolha de uma bola de golfe na Lua.

Embora esses espelhos já possam parecer extremos, a Zeiss tem planos de melhorá-los, para ajudar a fabricar chips de computador mais potentes.

“Temos ideias sobre como desenvolver ainda mais a radiação ultravioleta extrema. Até 2030, o objetivo é ter um microchip com um bilião de transístores. Hoje, podemos ter alcançado cem mil milhões de transístores.

Este objetivo está um passo mais perto de ser alcançado graças à mais recente tecnologia da Zeiss, que permite imprimir quase três vezes mais estruturas na mesma área do que a atual geração de máquinas de fabricação de chips.

“A indústria de semicondutores tem um roteiro forte e dominante que fornece suporte a todos os participantes que contribuem para a solução”, diz o Dr. Rohmond “Graças a isso, somos capazes de fazer avanços em termos de fabricação de microchips que hoje permitem coisas como artificiais. inteligência que era inconcebível há dez anos.” “Anos”.

Ainda não está claro o que a humanidade compreenderá e será capaz de fazer nos próximos dez anos, mas não há dúvida de que os espelhos estarão no centro das tecnologias que nos levarão até lá.