O programa PICASSO da NASA, iniciais em inglês de Conceitos de Instrumentos Planetários para o Avanço das Observações do Sistema Solar, tem financiado a pesquisa de sensores de magnetômetros quânticos de estado sólido desde 2016. Recentemente, a agência espacial americana divulgou a prototipagem do primeiro magnetômetro de carboneto de silício.
Chamado de SiCMag, o novo dispositivo será capaz de medir campos magnéticos com alta precisão, utilizando os princípios da física quântica, revolucionando de forma radical a forma como os campos magnéticos são medidos no espaço. O magnetômetro avançado é fruto de uma parceria do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) com o Glenn Research Center da NASA em Cleveland.
No site da agência, o membro da equipe do NASA Glenn, David Spry, explica que “estamos desenvolvendo componentes eletrônicos de SiC robustos que operam em ambientes quentes muito além das limitações de temperatura superior da eletrônica de silício. Essas tecnologias baseadas em SiC algum dia permitirão a exploração científica robótica de longa duração da superfície de Vênus a 460 ° C“, prevê.
A importância dos magnetômetros para medir campos magnéticos
Campo magnético de Júpiter ao lado do primeiro protótipo de matriz de sensor magnetômetro de estado sólido.Fonte: NASA
Instrumentos de enorme importância em diversos campos científicos e tecnológicos, os magnetômetros são cruciais em praticamente todas as missões espaciais, disponibilizando informações que orientam as áreas de ciências da Terra, planetárias e da heliofísica. Isso porque os campos magnéticos estão em todos os cantos do nosso Sistema Solar.
Uma mistura de máquinas do tempo e visão de raios-x, os magnetômetros determinam a composição, estrutura e história de planetas e luas mediante camadas rochosas. Além disso, são ótimos detectores de oceanos cósmicos, sendo capazes de determinar remotamente sua salinidade e possíveis pistas para a existência de vida extraterrestre.
Hoje os magnetômetros padrão da indústria espacial são os Fluxgates que funcionam com base na saturação magnética de um núcleo de material ferromagnético. Embora simples, seu SWaP (tamanho, peso e potência) às vezes limita o seu uso em pequenas plataformas do tipo CubeSats e mesmo em espaçonaves convencionais, quando usados para remover o campo magnético do próprio veículo.
Quais as vantagens dos magnetômetros em escala quântica?
Com tamanho muito reduzido, o SiCMag tem uma área de sensor de apenas 0,1 x 0,1 mm e bobinas de compensação menores que uma moeda de US$ 0,01. Ele utiliza um sensor de estado sólido feito de um semicondutor de carboneto de silício. Dentro desse sensor de SiC, ficam os chamados centros quânticos.
Essas pequenas regiões dentro do SiC são criadas com imperfeições propositais em sua estrutura cristalina, feitas em escala atômica, que provocam um sinal de magnetorresistência, ou seja, alteram a resistência elétrica. Essa alteração pode ser então medida para indicar mudanças na força e direção do campo magnético externo.
Isso significa que dezenas de sensores SiCMag poderiam ser facilmente incorporados em uma espaçonave para mitigar ou até remover a interferência magnética que ela própria gera, eliminando a necessidade da lança comprida, atualmente usada para isolar os magnetômetros fluxgate do campo magnético contaminado pela nave.
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