Quem precisa de grafeno? Grafite de lpis apresenta propriedades inusitadas

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 17/11/2023

Sem ngulo mgico

Se j no fosse promissor por si s, o grafeno ficou ainda mais interessante em 2018, quando pesquisadores descobriram que o grafeno pode ir de isolante a supercondutor em apenas um movimento, bastando colocar uma folha do nanomaterial de carbono sobre outra igual, e girar uma delas em cerca de 1,1 em relao outra, uma medida ainda no totalmente compreendida, o que lhe valeu o apelido de “ngulo mgico“.

Isto deu origem aos agora conhecidos materiais 2,5D e abriu campos totalmente novos de aplicao, sobretudo na “twistrnica“, ou flexotrnica, toda uma famlia de componentes computacionais capazes de operar por causa dessa sutil angulao.

Mas parece que nem mesmo necessrio usar esse ngulo mgico: Basta empilhar cinco camadas de grafeno para que surja uma correlao entre os eltrons do material e as propriedades inusitadas apaream.

“Ns descobrimos que o material pode ser isolante, magntico ou topolgico,” disse o professor Long Ju, do MIT, nos EUA. “Ns descobrimos propriedades interessantes sem nenhuma toro.”

Isolante topolgico

Ser isolante ou magntico sob demanda – tudo depende do fluxo de eltrons – j seria bom o suficiente, mas ser um material topolgico ainda mais especial.

Essencialmente, um material topolgico permite o movimento desimpedido dos eltrons ao redor das bordas de um material, mas no pelo seu interior. Os eltrons viajam em uma direo ao longo de uma “rodovia” na borda do material, separada por uma mediana que constitui o centro do material. Assim, a borda de um material topolgico um condutor perfeito, enquanto o centro um isolante.

Mais importante, estas propriedades topolgicas so intrinsecamente “protegidas” contra interferncias graas a fenmenos fundamentais, como a invarincia de reverso temporal ou a simetria translacional – em termos simples, os eltrons vo percorrer o material sem qualquer interferncia, seja por contato com outros materiais ou at mesmo por defeitos no prprio material. por isso que eles tm aplicaes desde a eletrnica e a spintrnica at o armazenamento e manipulao de informaes qunticas e a simulao de teorias exticas da fsica de altas energias.

Essas propriedades inusitadas surgem porque os eltrons se movendo dentro do material pentacamada conseguem “conversar” entre si, um fenmeno conhecido como “correlao eletrnica“. A emergncia dos trs fenmenos diferentes (conduo eltrica, magnetismo e comportamento topolgico) depende do nmero de eltrons que permeiam o sistema.

grafite, e no grafeno

Tecnicamente, grafeno uma camada monoatmica de grafeno. Assim, cinco camadas de grafeno empilhadas voltam a ser grafite, o mesmo material que compe a ponta dos lpis ou serve como lubrificante – lembre-se que o grafeno foi descoberto quando os cientistas usaram uma fita adesiva para retirar uma nica camada de tomos do grafite.

E essa “pentacamada de grafenos” tambm diferente do pentagrafeno, uma folha monoatmica de carbono puro com uma estrutura pentagonal (5 lados), enquanto o grafeno possui uma estrutura hexagonal (6 lados).

O que no se esperava era que um simples empilhamento resultasse em algo muito maior do que a soma de suas partes. Mas necessrio que sejam precisamente cinco camadas, formando um grafite pentacamada, empilhadas em uma ordem muito precisa, conhecida como empilhamento rombodrico, ou sistema cristalino trigonal – existem mais de 10 ordens de empilhamento possveis para cinco camadas, sendo que a rombodrica apenas uma delas.

“Nosso trabalho estabelece o grafeno multicamadas empilhado romboedricamente como uma plataforma altamente ajustvel para estudar essas novas possibilidades de fsica topolgica e fortemente correlacionada,” concluram os pesquisadores.

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