Cientistas revelaram recentemente, tanto teoricamente quanto experimentalmente, que os átomos de germânio podem se organizar em uma rede "bi-triangular" 2-D em filmes finos de diboreto de zircônio crescidos em cristais únicos de germânio para formar um "material de banda plana" com uma rede "kagome" embutida. O resultado fornece suporte experimental para uma previsão teórica de bandas planas emergentes da geometria atômica trivial e indica a possibilidade de sua existência em muitos mais materiais.

A mente humana é naturalmente atraída por objetos que possuem simetria; na verdade, a noção de beleza costuma ser confundida com simetria. Na natureza, nada simboliza mais a simetria do que cristais. Desde sua descoberta, os cristais têm atraído muita atenção não apenas por seu apelo estético "simétrico" único, mas também por suas propriedades únicas. Uma dessas propriedades é o comportamento dos elétrons dentro de um cristal. Do ponto de vista físico, um elétron dentro de um cristal pode ser totalmente caracterizado por sua energia e uma quantidade chamada "momento do cristal, "que se relaciona com a rapidez com que o elétron se move em um cristal. A relação entre a energia e o momento do cristal dos elétrons é o que os cientistas chamam de" estrutura de banda, " que, simplificado, são os níveis de energia permitidos para os elétrons dentro do cristal.

Recentemente, os cientistas de materiais voltaram sua atenção para os chamados "materiais de banda plana" - uma classe de materiais que possuem uma estrutura de banda na qual a energia não varia com o momento do cristal e, portanto, se assemelha a uma linha plana quando representada como uma função do momento do cristal - devido à sua capacidade de dar origem a estados exóticos da matéria, tais como ferromagnetismo (magnetismo espontâneo semelhante ao do ferro) e supercondutividade (resistência zero ao fluxo de eletricidade). Geralmente, essas "bandas planas" são observadas em estruturas 2-D especiais que recebem nomes como "estrutura quadriculada, "" rede de dados, "" rede kagome, "etc. e são normalmente observados dentro do cristal ou na superfície de materiais em camadas. Uma questão pertinente se apresenta - é possível incorporar tais redes em estruturas 2-D completamente novas? Esforços para projetar materiais 2-D focalizaram em responder a esta pergunta, e uma descoberta recente sugere que a resposta é "sim".

Agora, em um estudo publicado em Revisão Física B como uma comunicação rápida, uma equipe internacional de cientistas do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST), a Universidade de Tóquio, a Agência de Energia Atômica do Japão, e Instituto de Ciência Molecular no Japão e Universidade Tamkang em Taiwan, liderado pelo Dr. Antoine Fleurence e Prof. Yukiko Yamada-Takamura, relatou um possível novo material de banda plana obtido de átomos de germânio (Ge) se organizando em uma rede bi-triangular 2-D em filmes finos de diboreto de zircônio crescidos em cristais únicos de germânio. Embora a equipe já tivesse desenvolvido este material 2-D anos atrás, só recentemente eles foram capazes de desvendar sua estrutura.

Ano passado, uma parte da equipe publicou um artigo teórico na mesma revista sublinhando as condições sob as quais uma rede bi-triangular 2-D pode formar uma faixa plana. Eles descobriram que isso está relacionado a uma rede "kagome" (que significa padrão de cesta tecida em japonês) - um termo originalmente cunhado por físicos japoneses nos anos 50 para estudar o magnetismo. "Fiquei muito animado quando descobri que a estrutura eletrônica da rede kagome pode ser incorporada em uma estrutura 2-D de aparência muito diferente, "lembra o Prof. Chi-Cheng Lee, um físico da Universidade Tamkang, Taiwan, envolvidos no estudo, que previu a presença de bandas planas na rede "bitriangular".

A previsão foi finalmente confirmada após a equipe, em seu estudo atual, caracterizou o material 2-D preparado usando várias técnicas, como microscopia de tunelamento de varredura, difração de pósitrons, e emissão de fotoelétrons resolvida em nível de núcleo e ângulo; e apoiou os dados experimentais com cálculos teóricos para revelar a estrutura bi-triangular subjacente.

"O resultado é realmente empolgante, pois mostra que bandas planas podem emergir até mesmo de estruturas triviais e podem ser realizadas em muitos outros materiais. Nosso próximo passo é ver o que acontece em baixa temperatura, e como está relacionado com as bandas planas da rede bi-triangular Ge, "diz o Dr. Fleurence, quem também é o primeiro autor deste artigo.

De fato, quem teria pensado que um típico, um semicondutor comum como o germânio poderia oferecer possibilidades tão exóticas e sem precedentes? O mundo 2-D pode ter mais surpresas na manga do que imaginamos.