No Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), pesquisa realizada com colaboradores da Princeton University e do Institute for Advanced Computational Science da State University of New York em Stony Brook mostrou como o plasma causa excepcionalmente forte, estruturas microscópicas conhecidas como nanotubos de carbono para crescer. Esses tubos, medido em bilionésimos de metro, são encontrados em tudo, desde eletrodos a implantes dentários e têm muitas propriedades vantajosas. Em princípio, eles têm uma resistência à tração, ou resistência a quebrar quando esticado, 100 vezes maior do que um fio de aço do mesmo tamanho.

Os tubos também são usados ​​em transistores e podem algum dia substituir o cobre em chips de computador. Mas antes que os fabricantes possam produzir esses nanotubos de forma confiável, os cientistas devem entender mais detalhadamente como eles se formam.

As novas descobertas, relatado no jornal Carbono em fevereiro, contribui para um projeto em andamento no Laboratório de Nanosíntese de Plasma do PPPL que se concentra no crescimento de nanopartículas em plasmas. Inaugurado em 2012, o laboratório combina a experiência do PPPL em ciência do plasma com os recursos da ciência dos materiais da Universidade de Princeton e de outras instituições e faz parte do Departamento de Ciência e Tecnologia do Plasma do PPPL chefiado pelo físico Philip Efthimion. O principal investigador é o físico Yevgeny Raitses; os co-pesquisadores principais são os físicos Igor Kaganovich, vice-diretor do Departamento de Teoria do PPPL, e Brentley Stratton, chefe da divisão de diagnóstico do PPPL.

Os cientistas realizaram simulações de computador em Stony Brook mostrando que o plasma, uma sopa de átomos e partículas eletricamente carregadas, pode dar aos nanotubos de carbono uma carga elétrica negativa. As simulações indicaram que um nanotubo carregado negativamente ligaria átomos de carbono do ambiente circundante por mais tempo e com mais força à superfície do tubo. E quanto mais tempo um átomo passa ligado ao nanotubo, é mais provável que desça para um aglomerado de átomos, conhecido como catalisador de metal, fazendo com que o tubo cresça.

"Em nossa pesquisa, descobrimos um aumento significativo no tempo que os átomos de carbono passam nos tubos, "disse Predrag Krstic, professor pesquisador do Institute for Advanced Computational Science e co-autor do artigo. "Como consequência, há um aumento significativo na taxa de migração dos átomos de carbono em direção ao catalisador de metal. "

O aumento da disponibilidade de computadores de alta velocidade tornou essa pesquisa possível recentemente. "O que mudou é que hoje em dia os computadores são tão rápidos que podemos modelar com precisão fenômenos como o que acontece aos nanotubos quando imersos em plasma, "disse Kaganovich, também co-autor.

Daqui para frente, os pesquisadores planejam desenvolver um modelo mais detalhado de como o nitreto de boro e os nanotubos de carbono crescem em um ambiente de plasma real. O poder computacional avançado torna possível o desenvolvimento desses novos modelos.