Cientistas encontraram um jeito de mexer nos átomos de metais de terras raras (também chamados de elementos de terra-rara) usando laser. Esses elementos são encontrados em ímãs usados em HDs, por exemplo. E a pesquisa pode levar ao aprimoramento desse componente.
Na pesquisa, publicada na revista na Science Advances, os cientistas dispararam um pulso de laser ultracurto contra o átomo do Térbio (Tb) – um dos metais de terras raras (são 17 no total). E isso o transformou. No caso, para melhor.
Pesquisadores descobrem que podem transformar átomos de elemento raro
Para entender a pesquisa, é preciso entender: a dinâmica subatômica, as diferenças entre elementos comuns e os de terra-rara e o térbio, metal fuçado pelos cientistas.
Elétrons
Para começar, elétrons têm carga negativa, então eles se empurram, enquanto o núcleo positivamente carregado os mantém próximos.
A interação entre as forças permite que os elétrons estejam em certas áreas mais do que outras, dependendo das propriedades quânticas. Os elétrons não são colocados em órbitas, mas sim nessas regiões chamadas de orbitais.
Orbitais são preenchidos em ordens específicas. Existem quatro tipos: s, p, d e f. Esses rótulos se referem a diferentes distribuições espaciais. Em suma, eles têm formas diferentes.
Elementos comuns e de terra-rara (e o térbio nisso tudo)
Elementos comuns pequenos, como oxigênio ou carbono, têm apenas os orbitais s e p. Os metais têm o orbital d. E os metais de terras raras podem ter tanto os orbitais d quanto f.
No caso do térbio, os orbitais presentes são f e s, com números na frente de cada um para determinar a energia do orbital específico. Na pesquisa em questão, o crucial é o orbital 4f mais externo, que contém oito elétrons.
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A pesquisa
Os pesquisadores dispararam um pulso de laser ultracurto contra átomos do térbio e descobriram que podem transformá-lo num orbital completamente diferente chamado 5d.
Em comparação ao orbital 4f, o 5d é um pouco mais energético, com elétrons distribuídos de forma diferente. A mudança pode parecer pequena, mas é importante ressaltar que as propriedades magnéticas do térbio vêm deste orbital transformado.
Assim, a mudança altera as propriedades do térbio de uma maneira muito específica. Por meio de pulsos de raios-X, é uma alteração perfeitamente controlável. E isso tem muito potencial.
Possíveis aplicações (e consequências)
A abordagem padrão para usar esses materiais em mídias de armazenamento magnético, por exemplo, usa calor para alterá-los. Dispositivos de armazenamento de dados HAMR (Gravação Magnética Assistida por Calor) usam lasers para o aquecimento.
Ímãs de terras-raras e um laser de raios-X poderiam fazer isso mais rapidamente e com mais eficiência, sem a necessidade de HAMR. Ou seja, a pesquisa deu o primeiro passo num caminho promissor.
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Fonte: https://olhardigital.com.br/2024/07/24/ciencia-e-espaco/cientistas-usam-laser-para-mexer-em-atomos-de-metal-raro/
