Thomas Heine, professor de química teórica na TU Dresden, junto com sua equipe, primeiro previu um polímero 2-D topológico em 2019. Apenas um ano depois, uma equipe internacional liderada por pesquisadores italianos foi capaz de sintetizar esses materiais e provar experimentalmente suas propriedades topológicas. Para o jornal de renome Materiais da Natureza , esta foi a ocasião para convidar Thomas Heine para um artigo do News and Views, que foi publicado esta semana. Sob o título "Tornando os polímeros topológicos 2-D uma realidade, "O Prof. Heine descreve como sua teoria se tornou realidade.

Materiais ultrafinos são extremamente interessantes como blocos de construção para dispositivos nanoeletrônicos de próxima geração, pois é muito mais fácil fazer circuitos e outras estruturas complexas moldando camadas 2-D nas formas desejadas. Thomas Heine, Professor de Química Teórica na TU Dresden, está trabalhando na previsão de tais materiais inovadores. Suas propriedades podem ser calculadas com precisão usando métodos modernos de química computacional, mesmo antes de serem realizados em laboratório.

Esta pesquisa é particularmente interessante para polímeros 2-D:seu tipo de rede é definido pela forma de seus blocos de construção, e aqueles podem ser selecionados a partir da variedade quase infinita de moléculas orgânicas planas que correspondem à estrutura necessária. Um exemplo particularmente interessante é a rede kagome, que consiste nos cantos e bordas de uma telha trihexagonal. Em 2019, Yu Jing e Thomas Heine propuseram sintetizar esses polímeros 2-D a partir de moléculas orgânicas triangulares (os chamados triangulenos). Esses materiais têm uma estrutura combinada em favo de mel e kagome (veja a figura). Seus cálculos sugerem que essas estruturas 2-D combinam as propriedades do grafeno (portadores de carga quase sem massa) com as dos supercondutores (bandas eletrônicas planas).

Agora, o cientista de materiais italiano Giorgio Contini e sua equipe internacional conseguiram sintetizar este polímero kagome 2-D honeycomb, como publicado em Materiais da Natureza no início desta semana. Um método inovador de síntese de superfície possibilitou a produção de cristais de alta qualidade, adequados para a caracterização experimental de propriedades eletrônicas.

De fato, as fascinantes propriedades topológicas preditas foram reveladas. Assim, pela primeira vez, pode ser provado experimentalmente que materiais topológicos podem ser realizados por meio de polímeros 2-D.

A pesquisa em polímeros 2-D é, portanto, colocada em uma base sólida. A rede kagome descrita aqui é apenas um exemplo entre centenas de possibilidades de conectar moléculas planas a redes regulares. Para algumas dessas variantes, outras propriedades eletrônicas interessantes já foram previstas teoricamente. Isso abre inúmeras novas possibilidades para teóricos e experimentalistas em química e física desenvolverem materiais com propriedades até então desconhecidas.

O Prof. Heine explica:"Esses resultados mostram que os polímeros 2-D podem ser materiais com propriedades eletrônicas úteis, embora suas estruturas tenham malhas muito mais largas do que os materiais eletrônicos regulares, com distâncias de mais de um nanômetro entre os pontos da rede. O pré-requisito é que os materiais sejam de excelente qualidade estrutural. Isso inclui uma alta cristalinidade e uma densidade de defeito muito baixa. Outra contribuição importante dos colegas em torno do Prof. Contini é que, embora os polímeros 2-D tenham sido produzidos em uma superfície de metal, eles podem ser destacados e transferidos para qualquer outro substrato, como óxido de silício ou mica, e assim ser incorporado em dispositivos eletrônicos. "