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Dispositivos eletrônicos como telefones, tablets e laptops podem contribuir para o problema mundial do lixo eletrônico, ou lixo eletrônico. Enquanto os especialistas trabalham para tornar estes dispositivos mais ecológicos, um novo avanço ao nível fundamental do electrão poderia fornecer uma solução muito necessária. Digite “Orbitrônica”.
Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) na Suíça e dos Institutos Max Planck na Alemanha descobriram uma maneira de aproveitar uma propriedade dos elétrons conhecida como “momento angular orbital”, que poderia abrir a porta para um tipo totalmente novo de tecnologia conhecida como “orbitrônica.” Esse resultadoque foi alcançado por meio de experimentos conduzidos na Swiss Light Source (SLS) e publicado em Física da Naturezapoderia ajudar a tornar os dispositivos eletrónicos do futuro mais ecológicos.
Os problemas do lixo eletrônico
O lixo eletrônico (e-lixo) tornou-se uma questão global premente, com o rápido aumento no uso de dispositivos eletrônicos levando a quantidades sem precedentes de aparelhos descartados. Segundo a Organização Mundial da Saúde (QUEM), milhões de toneladas de lixo eletrônico são geradas anualmente, muitos dos quais contêm materiais perigosos como chumbo, mercúrio e retardadores de chama. Estas substâncias representam graves problemas de saúde e riscos ambientais quando manejado de forma inadequada, muitas vezes lixiviando-se para o solo e fontes de água ou liberando gases tóxicos quando queimado.
Em 2019, aproximadamente 53,6 milhões toneladas métricas de lixo eletrônico foram produzidas em todo o mundo, um número que só deverá crescer à medida que a tecnologia continuar a avançar e a demanda dos consumidores por novos dispositivos permanecer alta.
Apresentando a Orbitrônica
A eletrônica atual depende métodos tradicionais do uso de carga de elétrons para armazenar e transferir informações, o que normalmente requer atualizações e substituições frequentes, contribuindo para o lixo eletrônico. No entanto, usar carga não é o método mais eficiente em termos energéticos, e os cientistas têm procurado alternativas que sejam menos prejudiciais ao meio ambiente.
Uma opção promissora é a spintrônica, uma tecnologia que utiliza outra propriedade dos elétrons conhecida como “spin”. Spin dá aos elétrons identidades únicas que os pesquisadores poderiam usar para codificar informações.
No entanto, alguns investigadores acreditam que pode haver uma solução ainda melhor: a orbitrónica. Nesta abordagem, o “momento angular orbital” (OAM) dos elétrons é usado para transferir informações. Os elétrons se movem ao redor do núcleo de um átomo em determinados caminhos ou “órbitas”, e esse movimento pode ser usado na orbitrônica para armazenar e processar dados de uma forma que poderia ser muito mais eficiente do que os dispositivos eletrônicos atuais.
Um novo avanço em orbitrônica
Embora os cientistas explorem materiais convencionais como o titânio para a orbitrônica, o foco recente mudou para uma nova classe de materiais conhecida como “semimetais topológicos quirais.” Esses materiais têm uma estrutura atômica intrigante e retorcida que naturalmente os torna capazes de criar padrões no movimento orbital dos elétrons, o que é perfeito para a orbitrônica. Esses materiais especiais têm uma hélice semelhante ao DNA em sua composição molecular, incentivando um movimento que se alinha melhor com a orbitrônica.
“O que é interessante sobre esses materiais é que você não precisa adicionar esforço ou energia extra para criar os padrões de movimento orbital – isso já está embutido em sua estrutura”, disse Michael Schüler, um dos principais pesquisadores do estudo da PSI e da Universidade. de Friburgo, disse num declaração recente.
Dentro desses novos materiais, os cientistas têm procurado uma característica única chamada “momento angular orbital”. monopolo”, onde o movimento é uniforme em todo o orbital. Este movimento uniforme é significativo porque significa que a informação pode potencialmente fluir em qualquer direção dentro de um dispositivo, tornando-o muito versátil para tecnologias futuras. No entanto, esses monopólios eram apenas uma teoria. Na verdade, ninguém os tinha visto em experimentos – até agora.
Encontrando Monopólos
Para rastrear esses monopolos, a equipe de pesquisa usou uma técnica complexa chamada Dicroísmo Circular em Espectroscopia de Fotoemissão com Resolução de Ângulo (CD-ARPES). Este método utiliza um tipo especial de luz (raios X circularmente polarizados) para interagir com um material, eliminando elétrons e permitindo que os cientistas estudem seu comportamento.
Embora esta técnica já exista há algum tempo, havia uma lacuna entre o que os experimentos mostraram e as previsões teóricas.
“Uma suposição natural era que se você usasse luz circularmente polarizada, estaria medindo diretamente o movimento orbital dos elétrons”, explicou Schüler. “Mas nosso estudo mostra que não é tão simples. Os dados eram mais complexos do que pensávamos inicialmente.”
A equipe deu um passo a mais em seus experimentos, variando a energia da luz usada. No início, os resultados pareciam confusos – o sinal estava mudando de forma inesperada. Mas ao investigar os dados e aplicar uma teoria rigorosa, eles descobriram que o sinal não estava apenas refletindo diretamente o movimento orbital. Em vez disso, girava em torno dos monopolos num padrão previsível. Esta constatação forneceu finalmente a prova de que necessitavam para confirmar a existência destes monopólios.
Ao desbloquear este potencial oculto, os cientistas estão a preparar o caminho para um futuro onde os nossos dispositivos eletrónicos não só serão mais poderosos, mas também mais gentil com o nosso planeta.
Kenna Hughes-Castleberry é comunicadora científica da JILA (um instituto de pesquisa em física líder mundial) e redatora científica do The Debrief. Siga e conecte-se com ela no X ou entre em contato com ela por e-mail em kenna@thedebrief.org
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