Cientistas usam laser para mexer em átomos de metal raro

Os cientistas descobriram uma maneira de mover átomos de metais de terras raras (também chamados de elementos de terras raras) usando lasers. Esses elementos são encontrados em ímãs usados ​​em HDs, por exemplo. E a investigação pode levar à melhoria desta componente.

Na pesquisa, publicado na revista Avanços da Ciênciacientistas dispararam um pulso de laser ultracurto no átomo de Térbio (Tb) – um dos metais de terras raras (são 17 no total). E isso o transformou. Neste 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 os elementos de terras comuns e de terras raras e o térbio, metal estudado pelos cientistas.

Elétrons

Para começar, os elétrons têm carga negativa, então eles se empurram, enquanto o núcleo carregado positivamente os mantém próximos uns dos outros.

A interação entre as forças permite que os elétrons estejam mais em certas áreas do que em outras, dependendo das propriedades quânticas. Os elétrons não são colocados em órbitas, mas sim em regiões chamadas orbitais.

Os orbitais são preenchidos em ordens específicas. Existem quatro tipos: s, p, d e f. Esses rótulos referem-se a diferentes distribuições espaciais. Resumindo, eles têm formatos diferentes.

Elementos de terras comuns e raras (e térbio em tudo)

Pequenos elementos comuns, como oxigênio ou carbono, possuem apenas orbitais s e p. Os metais têm o orbital d. E os metais de terras raras podem ter orbitais d e f.

No caso do térbio, os orbitais presentes são fes, 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.

Consulte Mais informação:

A pesquisa

Os pesquisadores dispararam um pulso de laser ultracurto nos átomos de térbio e descobriram que poderiam transformá-lo em um orbital completamente diferente chamado 5d.

Comparado ao orbital 4f, o 5d é um pouco mais energético, com elétrons distribuídos de forma diferente. A mudança pode parecer pequena, mas é importante notar que as propriedades magnéticas do térbio vêm deste orbital transformado.

Assim, a mudança altera as propriedades do térbio de uma forma muito específica. Através de pulsos de raios X, é uma mudança perfeitamente controlável. E isso tem muito potencial.

Possíveis aplicações (e consequências)

A abordagem padrão para usar esses materiais em meios de armazenamento magnético, por exemplo, utiliza calor para alterá-los. Os dispositivos de armazenamento de dados HAMR (gravação magnética assistida por calor) usam lasers para aquecimento.

Ímãs de terras raras e um laser de raios X poderiam fazer isso de forma mais rápida e eficiente, sem a necessidade de HAMR. Ou seja, a pesquisa deu o primeiro passo em um caminho promissor.