Tudo o que existe no mundo digital - fotos, tweets, Cursos online, este artigo - é armazenado como 1's e 0's. No nível do software, esta informação é escrita como código de computador. No nível do hardware, esse código é trazido à vida por bilhões de transistores ligando (1) e desligando (0).

Os transistores estão em tudo, desde computadores e smartphones até leitores de MP3 e câmeras digitais. Mas a potência e a eficiência dos transistores são limitadas pelos materiais disponíveis para construí-los.

Agora, pesquisadores da Northeastern University fizeram uma descoberta que abre um novo campo de exploração de materiais para transistores, fotodetectores, eletrônica flexível, e outros aplicativos.

O trabalho - publicado recentemente no jornal Avanços da Ciência - envolve cristais 2-D, que são materiais superfinos com apenas alguns átomos de altura. A combinação de dois cristais 2-D forma uma heteroestrutura. Até agora, os físicos pensaram que os cristais 2-D deviam ser muito semelhantes, com todos os átomos alinhados perfeitamente, a fim de formar uma nova heteroestrutura.

"Mas a natureza sempre joga uma bola curva em você, "diz Arun Bansil, Distinto Professor de Física da Universidade e um dos autores do artigo.

O professor associado Swastik Kar é co-autor do artigo com Bansil e outros colegas da Northeastern. Eles observaram pela primeira vez que dois cristais 2-D completamente diferentes podem ser dispostos um em cima do outro, átomo por átomo, de tal forma que eles se encaixam quase perfeitamente e produzem propriedades completamente novas.

"Seria como fazer um sanduíche, "Kar disse." Você pode ter algo com gosto de pão e algo com gosto de carne.

Mas a chave, Bansil explica, não é só montar um sanduíche onde você possa degustar cada camada separadamente. "Você quer cozinhar um pouco para poder obter novos sabores."

No mundo da física da matéria condensada, descobrir que dois cristais 2-D muito diferentes podem formar uma heteroestrutura é como combinar água e farinha pela primeira vez e criar massa. Dá lugar a possibilidades virtualmente ilimitadas para novos materiais 2-D.

Quando a natureza corrige automaticamente, 'descoberta acontece

A descoberta ocorreu durante um experimento em que dois cristais 2-D diferentes foram sintetizados para empilhar um sobre o outro. Em vez de apenas sentar lá, incapaz de interagir por causa de quão pouco eles têm em comum, os cristais fizeram algo inesperado.

"Eles apenas rodaram um em relação ao outro, "Disse Bansil. Ele demonstrou colocando uma mão em cima da outra e girando em direções opostas.

Os pesquisadores descobriram que, em vez de crescer aleatoriamente, esses cristais giram para formar configurações estáveis ​​e alinhadas, permitindo a formação de novos cristais.

Esta descoberta é um exemplo da capacidade da natureza de "autocorreção, "observado aqui em nanoescala. Esse realinhamento automático permitiu que os dois materiais funcionassem - seus elétrons começaram a se comunicar e a exibir novos comportamentos.

Os pesquisadores experimentaram alterando ainda mais o alinhamento das duas camadas. Eles descobriram que com cada modificação, a heteroestrutura produziu novas propriedades.

"Imagine se você tivesse bolo, e então você o torceu e se tornou um biscoito, e você torce novamente e se torna outra coisa, "Kar disse." De um ponto de vista material, isso é tão emocionante. "

O laboratório de Kar é responsável pela síntese e caracterização desses materiais. O grupo de Bansil está focado na teoria quântica computacional. A pesquisa no campo dos materiais é considerada forte quando a teoria e o experimento andam de mãos dadas, um reforçando o outro e vice-versa. E foi exatamente isso que aconteceu com Kar e Bansil neste caso.

"O que descobrimos é um monte de novos comportamentos em nosso sistema que podem ser entendidos de forma muito clara quando olhamos para a teoria que surge dos cálculos da mecânica quântica, "Kar disse.

Essa pesquisa pode levar a novos materiais que mudem a maneira como os computadores armazenam os 1s e 0s do mundo digital. Uma vez que a heteroestrutura que Kar e seus colegas criaram pode ser modificada de muitas maneiras no nível atômico, há um grande potencial para escrever, lendo, apagando, e de outra forma manipulando informações. Em outras palavras, ele permite que os pesquisadores mudem o comportamento dos ingredientes depois que o bolo já foi assado.

"Esse grau de controle é muito emocionante, "Kar disse." É como a Food Network dentro de materiais 2-D. "