Gli scienziati scoprono come sfruttare il “momento angolare orbitale” degli elettroni, aprendo la strada a una rivoluzione nell’elettronica e a soluzioni più ecologiche.
I dispositivi elettronici moderni, come smartphone, tablet e computer portatili, stanno creando un problema globale preoccupante: i rifiuti elettronici (e-waste).
Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), ogni anno produciamo milioni di tonnellate di questi rifiuti. Nel 2019 abbiamo raggiunto la cifra allarmante di 53,6 milioni di tonnellate e questo numero continua ad aumentare.
Questi rifiuti non sono solo ingombranti ma anche pericolosi: contengono infatti materiali nocivi come piombo, mercurio e sostanze chimiche ritardanti di fiamma.
Se non gestiti correttamente, possono contaminare il suolo e l’acqua o rilasciare fumi tossici, se bruciati.
La promessa dell’orbitronica
Per affrontare questo problema, gli scienziati stanno esplorando nuove tecnologie: una delle più promettenti è l’orbitronica che potrebbe rivoluzionare il modo in cui funzionano i nostri dispositivi elettronici.
L’orbitronica sfrutta una proprietà degli elettroni chiamata “momento angolare orbitale” (Orbital Angular Momentum, OAM).
In parole semplici, si tratta del modo in cui gli elettroni si muovono intorno al nucleo di un atomo.
Gli scienziati credono di poter utilizzare questo movimento per archiviare ed elaborare informazioni in modo molto più efficiente rispetto ai metodi attuali.
A fare la scoperta rivoluzionaria sono stati ricercatori in Svizzera e Germania (rispettivamente al Paul Scherrer Institute, PSI e al Max Planck Institutes).
Questo potrebbe aprire la strada a dispositivi elettronici completamente nuovi, più efficienti e rispettosi dell’ambiente.
Un nuovo passo nell’orbitronica
Gli scienziati, inizialmente concentrati su materiali tradizionali come il titanio per sviluppare l’orbitronica, si sono recentemente orientati verso una nuova classe di materiali chiamati “semimetalli topologici chirali”.
Questi materiali hanno una struttura atomica particolare, simile a un’elica, che facilita naturalmente il movimento orbitale degli elettroni, rendendoli ideali per l’orbitronica.
“Ciò che rende questi materiali interessanti è che non c’è bisogno di applicare energia aggiuntiva per creare il movimento orbitale: è già presente nella loro struttura” ha spiegato Michael Schüler, uno dei ricercatori del PSI e dell’Università di Friburgo.
In questi materiali, gli scienziati hanno cercato un fenomeno particolare chiamato “monopolo del momento angolare orbitale” in cui il movimento degli elettroni è uniforme in tutte le direzioni.
Questo è importante perché potrebbe permettere il libero flusso delle informazioni in un dispositivo, rendendolo estremamente versatile per le tecnologie future.
Fino a poco tempo fa, questi monopoli esistevano solo a livello teorico: oggi, per la prima volta, sono stati osservati negli esperimenti.
Il futuro dell’elettronica
Questa scoperta potrebbe portare a una nuova generazione di dispositivi elettronici.
Immaginate computer e smartphone – che non solo sono più veloci e potenti -, ma anche più efficienti dal punto di vista energetico e che durano più a lungo.
Il risultato? Meno rifiuti elettronici e un minor impatto ambientale.
L’orbitronica è ancora nelle prime fasi di sviluppo ma promette di rivoluzionare il mondo dell’elettronica.
Con ulteriori ricerche e sviluppi, potremmo vedere dispositivi basati su questa tecnologia nel prossimo futuro, aprendo la strada a un’elettronica più sostenibile e rispettosa del nostro pianeta.
