Cientistas descobrem como controlar elétrons sem usar ímãs

Cientistas de um grupo internacional revelaram um avanço que pode transformar o futuro da computação. Eles descobriram uma forma de controlar elétrons por meio de vibrações atômicas específicas conhecidas como fônons quirais, que transferem movimento diretamente sem depender de campos magnéticos externos.

O estudo, conduzido por pesquisadores da Universidade de Utah e da Universidade Estadual da Carolina do Norte, inaugura a orbitrônica. Essa nova área da física utiliza o movimento orbital dos elétrons em torno do núcleo atômico para processar dados de maneira distinta da eletrônica tradicional e da spintrônica.

Segundo o Science Daily, a abordagem promete dispositivos mais leves, baratos e energeticamente eficientes. Ela reduz a dependência de materiais magnéticos pesados e caros utilizados até hoje na indústria.

O físico Dali Sun, da Universidade Estadual da Carolina do Norte, explicou que a geração de correntes orbitais exigia antes metais de transição raros. Com os fônons quirais, torna-se viável o emprego de materiais mais comuns e acessíveis em larga escala.

Valy Vardeny, professor da Universidade de Utah e coautor do estudo, destacou o caráter inédito do experimento. Ele afirmou: “Não precisamos de ímãs, baterias ou voltagem. Apenas de um material com fônons quirais. Antes isso era inimaginável.”

O trabalho, publicado na revista Nature Physics, analisa a organização e vibração dos átomos dentro dos sólidos. Em materiais quirais como o quartzo, os átomos formam padrões espirais que não podem ser sobrepostos à sua imagem no espelho.

Essa assimetria provoca vibrações atômicas em trajetórias circulares, gerando os fônons quirais. As vibrações carregam momento angular e o transferem aos elétrons, induzindo movimento orbital sem magnetismo externo.

O quartzo revelou-se especialmente eficiente no processo ao produzir efeitos magnéticos internos detectáveis. A equipe mediu esse magnetismo pela primeira vez com lasers e equipamentos do Laboratório Nacional de Campo Magnético Intenso, na Flórida.

Rikard Bodin, doutorando da Universidade de Utah, apontou novas possibilidades tecnológicas abertas pela descoberta. Os pesquisadores identificaram o efeito Seebeck orbital, que abre portas para formas inovadoras de manipular elétrons mesmo que ainda não mova dispositivos comuns.

Os cientistas alinharam os fônons quirais do quartzo com um campo magnético temporário. Após a remoção do campo, o movimento coletivo persistiu, transferindo momento angular aos elétrons e gerando corrente orbital duradoura.

A corrente orbital foi convertida em sinal elétrico por meio de camadas de metais como tungstênio e titânio depositadas sobre o quartzo. Essa conversão permitiu a medição direta do fenômeno sem tensão elétrica aplicada diretamente.

Além do quartzo, o método se estende a outros materiais quirais como telúrio, selênio e perovskitas híbridas. A simplicidade do fenômeno favorece o desenvolvimento de dispositivos orbitrônicos escaláveis, mais rápidos e com menor consumo energético.

O estudo contou ainda com pesquisadores da Universidade de Nanjing, da Universidade de Washington, do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA e de outras instituições. O avanço reforça a busca global por alternativas à eletrônica convencional diante da demanda por eficiência energética e componentes menores.

Ao reduzir a necessidade de ímãs e de tensão aplicada diretamente, os fônons quirais apontam para chips e sensores baseados em propriedades quânticas da matéria. Os cientistas consideram o resultado um passo decisivo para uma computação mais sustentável e poderosa.