Como a ciência dos materiais vai determinar o futuro da humanidade?

Uma das extraordinárias características da revolução dos microeletrônicos é a habilidade de escalar, uma característica capturada pela Lei de Moore, que leva a um rápido e massivo crescimento na capacidade dos computadores – hoje um celular top de linha tem o poder equivalente ao computador mais potente do começo dos anos 90. Como é de se esperar, amanhã teremos celulares ainda mais poderosos.

Porém temos um problema nesse futuro: quanto mais computadores poderosos são difundidos, maior será o consumo de energia deles. Assim, se a lei de Moore continuar, os dispositivos eletrônicos vão consumir mais da metade da energia do planeta em algumas décadas.

Estrutura do campo elétrico do manganato de érbio. Fonte

Não tem como isso ser sustentável, não é mesmo?

Nicola Spaldin, uma cientísta de materiais na ETH Zurich na Suíça, pode ter uma resposta para esse problema. Spaldin argumenta que os cientistas de materiais podem salvar o planeta e a solução deles será na forma de descobertas fundamentais que podem mudar o que nós pensamos sobre tecnologia da informação e a forma na qual a usamos.

Spaldin escreveu sobre dois potenciais novos caminhos para ocorrer essas novas descobertas em um paper. Ela começa dizendo que a nossa civilização foi moldada através de novas descobertas na ciência dos materiais. A descoberta do compósito, por exemplo, como fibra e resina possibilitou que os humanos criassem facas e machados.

A descoberta marcante de técnicas de fundição, provavelmente em fornos de cerâmica na idade da pedra, levou ao início das eras do bronze e do ferro. Dessa forma, causou mudanças radicais na agricultura, criação de cidades e até mesmo de países. Além disso, a tecnologia que envolve os metais levou a importantes mudanças na fabricação de armas, após 4000 anos depois aproximadamente, para a revolução indústrial.

Depois, com o descobrimento do elétron, pode-se desenvolver tubos de vácuo, transistor de estado sólido e microeletrônicos em geral. Ademais, ultra-puro silício que foi necessário para o desenvolvimento de eletrônicos modernos foi primeiramente desenvolvido para um radar que recebia alta frequência na II Guerra Mundial.

Assim, todas essas descobertas mudaram o mundo e também a maneira que nos interagimos com ele.  Porém, muitos não foram planejados e muito sobre o estilo de vida que se vivia antes deles se perdeu.

Como Spandil diz, nós não podemos ficar só com o silício, então qual seria uma forma de substituí-lo? Uma possibilidade faz parte da pesquisa dela em multiferróicos – materiais que possuem propriedades ferroelétricas e ferromagnéticas. Usualmente, o único modo de mudar as propriedades magnéticas de um material é com um campo magnético, porém Spandin e outros cientistas estão provando que é possível mudar as propriedades magnéticas de um multiferroso com um campo elétrico.

Entretando tem algumas implicações, já que o processamento de informações e armazenamento dependem das propriedades magnéticas que devem ser manipuladas com campos magnéticos. Caso seja possível, trocar os campos magnéticos pelos elétricos resultará em uma economia de energia, miniaturização e mais eficiência.

Ademais, multiferróicos possuem outras propriedades. Dentro dos materiais, os dipolos ferroelétricos podem se alinhar com diferentes orientações. Os dipolos que são alinhados formam regiões chamadas de domínios e as bordas entre esses domínios são muito interessantes, pois podem ser rearranjadas utilizando o campo elétrico.

Além disso a superfície dos multiferróicos possuem propriedades eletrônicas curiosas, que podem ser manupuladas para catalizar reações como decomposição da água.

Os materiais que substituiriam o silício seriam manganato de ítrio, manganato de érbio ou bismuto de ferrita. Já que esses materiais possuem tantas propriedades positivas, será que estaríamos entrando na era dos multiferrosos?

O certo é que não se pode prever como uma tecnologia como essa poderá evoluir e ainda mais, os multiferrosos são uma possibilidade entre muitas outras. Porém temos certeza que os engenheiros e cientistas de materiais vão desempenhar um papel muito importante na evolução do nosso mundo e tecnologias.

Esse texto foi traduzido e adaptado de: MIT Technology Review

Spaldin, N. A. Fundamental Materials Research and the Course of Human Civilization. 

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