A sociedade global faminta por energia de hoje está lutando para mitigar os efeitos das mudanças climáticas causadas pelo homem, e em que condições de adaptação voluntária / coercitiva. As tecnologias atuais sem combustível fóssil parecem inadequadas / insuficientes para enfrentar este desafio assustador. Enfrentar esse desafio do ponto de vista tecnológico, portanto, provavelmente exigirá o amadurecimento de novos e ousados ​​conceitos físicos que podem ser acelerados tecnologicamente.

Uma equipe científica internacional do CNRS, a Universidade de Estrasburgo e a Universidade de Lorraine na França, junto com a Universidade de Uppsala na Suécia, fortuitamente descobriu um tal conceito na interseção mal compreendida / documentada entre dois campos de pesquisa de outra forma desconexos. Spintrônica compreende a próxima geração, eletrônicos de baixa potência que utilizam a propriedade de spin quântico do elétron. É, portanto, principalmente preocupado com tecnologias de comunicação / armazenamento de informação. A física quântica / termodinâmica visa reexaminar as regras da termodinâmica quando a matéria é confinada em nanoescala para exibir propriedades quânticas, e, assim, entender como funcionam os motores quânticos.

Os experimentos e análises da equipe mostram que é possível montar um gerador elétrico que utiliza o spin do elétron para colher as flutuações térmicas à temperatura ambiente. Referindo-se ao esquema do motor, a captação da temperatura ambiente ocorre sobre centros paramagnéticos (PM) - ímãs em nível de átomo cuja orientação flutua devido ao calor. Os eletrodos do motor, chamados seletores spintrônicos, permitir elétrons de apenas um spin (↑ em vermelho, ou ↓ em azul) para conduzir. Como o calor mistura o spin do elétron no centro do PM (meio) com níveis de energia de spin separados energeticamente, o transporte (linhas amarelas) entre o centro do PM e os eletrodos ocorre em diferentes níveis de energia para cada eletrodo. Isso faz com que uma tensão de polarização espontânea V apareça entre os eletrodos, e, portanto, uma corrente espontânea fluirá assim que o circuito elétrico for fechado.

A equipe utilizou teorias analíticas e ab-initio para estabelecer uma ligação entre este conceito de spin engine e experimentos em temperatura ambiente em um dispositivo spintrônico de estado sólido chamado junção de túnel magnético (MTJ). Aqui, a interface entre o metal ferromagnético Co e os átomos de carbono foi usada como um seletor spintrônico, e átomos de carbono substituindo átomos de oxigênio na barreira do túnel de MgO como centros de PM.

De acordo com os experimentos, se tais dispositivos pudessem ser produzidos em massa com altos rendimentos de sucesso, então, nas atuais densidades de MgO MTJs nas memórias de próxima geração, esse conceito pode render chips que produzem continuamente energia elétrica com uma densidade de energia de área 3x maior do que a irradiação solar bruta na Terra. O desafio agora é confirmar alguns aspectos fundamentais da operação deste motor, para alcançar a reprodutibilidade do dispositivo, controlando no nível atômico a posição e as propriedades dos centros de PM em um dispositivo de estado sólido adequado, para implementar a integração de back-end CMOS (por exemplo, graças ao progresso existente com tecnologias MgO MTJ), para gerenciar problemas de engenharia, como fluxo de calor e perdas de interconexão, e para reduzir drasticamente o custo de área do chip resultante.

Para evitar uma catástrofe climática dentro do prazo de 11 anos determinado pelo GIEC, usando uma solução tecnológica como esta, será necessário um enorme, empreendimento focado semelhante ao implantado no projeto Manhattan, combinando cientistas, legisladores e parceiros industriais já trabalhando em tecnologias spintrônicas baseadas em MTJ. O site em construção ajudará a comunicar sobre este empreendimento. Como medida de esperança, apenas sete a nove anos se passaram entre a descoberta da spintrônica em 1986-1988 e os primeiros produtos comerciais resultantes. Se a solução para a crise climática passa por novas tecnologias, conceitos físicos radicalmente novos que podem ser tecnologicamente acelerados deveriam, de agora em diante, ser considerada com a urgência e priorização que os riscos de uma catástrofe climática prenunciam.