ons tm memria, lembrando de onde estavam dentro de uma bateria

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 11/03/2024

tomos com memria

Ao estudar como as baterias poderiam durar mais, Andrey Poletayev e colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, e do acelerador SLAC, nos EUA, viram algo totalmente inesperado: ons, que so tomos com carga eltrica, podem ter memria, lembrando-se de onde estavam no passado.

As baterias de estado slido armazenam e liberam carga empurrando os ons para frente e para trs entre dois eletrodos. Do nosso ponto de vista habitual, os ons fluem atravs do eletrlito slido da bateria como um fluxo suave.

Mas, quando visto em escala atmica, esse fluxo suave uma iluso: Os ons individuais saltam erraticamente de um espao aberto para outro dentro da espaosa rede atmica do eletrlito, empurrados na direo de um eletrodo por uma tenso constante. Esses saltos so difceis de prever, e mais difcil ainda tentar for-los de modo controlado e ento detect-los – para fazer medies e tentar melhorar as baterias.

“Voc pode pensar nesses ons se comportando como uma mistura de amido de milho e gua,” comparou Poletayev. “Se empurrarmos suavemente essa mistura de amido de milho, ela se comporta como um lquido; mas se a perfurarmos, ela fica slida. Os ons em uma bateria so como um amido de milho eletrnico: Eles resistem a uma forte sacudida de um choque de luz laser, movendo-se para trs.”

Foi ao fazer isto que o pesquisador teve uma surpresa: Ao usar um laser para dar uma cutucada nessa massa de ons, a maioria deles inverteu brevemente a direo e retornou s suas posies anteriores; em seguida, eles ento retomaram suas viagens habituais, com seus traados aleatrios.

Foi a primeira indicao de que os ons se lembram, de certa forma, de onde tinham acabado de estar.

Essa “memria difusa” dos ons, como Poletayev a chamou, dura apenas alguns bilionsimos de segundo. Mas saber que ela existe ajudar os cientistas a prever, pela primeira vez, que percurso os ons faro a seguir – uma considerao importante para a descoberta e desenvolvimento de novos materiais para baterias e vrias outras aplicaes.

Por um breve instante, o movimento dos ons previsvel. Resta saber se ser possvel tirar proveito dessa memria difusa.
[Imagem: Andrey D. Poletayev et al. – 10.1038/s41586-023-06827-6]

uma questo do instrumento cientfico usado

At hoje, os cientistas sempre pensaram no movimento dos ons como sendo uma caminhada aleatria: Eles se acotovelariam, colidiriam e tropeariam, como uma pessoa bbada cambaleando pela calada. Nessa descrio, apenas “eventualmente” os ons chegam a algum destino de um modo que pode parecer deliberada para um observador. Como eles de fato chegam ao destino, seno as baterias no funcionariam, esse “eventualmente” descrito com ferramentas estatsticas.

Os pesquisadores comparavam essa sua viso anterior com um evento pitoresco: Imagine um gamb liberando um spray fedorento em uma sala cheia de gente; as molculas do spray se chocam e colidem aleatoriamente, mas chegam rapidamente ao seu nariz.

Quando se trata dos ons saltitantes nas baterias, “essa imagem acaba sendo errada em escala atmica, mas isso no culpa das pessoas que chegaram a essa concluso. Acontece que os pesquisadores tm investigado o transporte inico com ferramentas macroscpicas por tempo demais, e eles no conseguiram observar o que vimos neste estudo,” disse Poletayev.

Segundo a equipe, essa descoberta feita em escala atmica, usando o acelerador de partculas, ajudar a melhorar a qualidade dos simuladores computadorizados que tentam modelar os movimentos dos tomos e ons, permitindo-os chegar ao comportamento macroscpico dos materiais que estiverem sendo estudados.

Se dar para explorar a memria espacial dos ons para fazer baterias mais eficientes algo que exigir novas pesquisas e o desenvolvimento de modos mais prticos de controlar seu movimento.

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