p (PhysOrg.com) - Primeiro, eram as moléculas em forma de bola de futebol chamadas de fulerenos. Em seguida, foram os nanotubos de forma cilíndrica. Agora, o novo material mais novo em física e nanotecnologia é o grafeno:uma molécula notavelmente plana feita de átomos de carbono dispostos em anéis hexagonais, muito parecidos com arame molecular. p Este não é apenas o material mais fino possível, mas também é 10 vezes mais forte do que o aço e conduz eletricidade melhor do que qualquer outro material conhecido em temperatura ambiente. Estas e outras propriedades exóticas do grafeno têm atraído o interesse de físicos, que querem estudá-los, e nanotecnologistas, que querem explorá-los para fazer novos dispositivos elétricos e mecânicos.

p "Existem duas características que tornam o grafeno excepcional, "diz Kirill Bolotin, que acaba de ingressar no Departamento de Física e Astronomia de Vanderbilt como professor assistente. "Primeiro, sua estrutura molecular é tão resistente a defeitos que os pesquisadores tiveram de fabricá-los manualmente para estudar seus efeitos. Segundo, os elétrons que carregam carga elétrica viajam muito mais rápido e geralmente se comportam como se tivessem muito menos massa do que em metais comuns ou supercondutores. "

p Bolotin esteve diretamente envolvido nos esforços para fabricar e caracterizar este novo material exótico como um pós-doutorado no laboratório de Philip Kim na Universidade de Columbia. Em artigo publicado na semana passada na revista Natureza , ele e seus colegas de Columbia relatam que conseguiram limpar o grafeno o suficiente para que ele exiba um fenômeno elétrico bizarro chamado de efeito Hall quântico fracionário, onde os elétrons atuam juntos para criar novas partículas com cargas elétricas que são uma fração das dos elétrons individuais.

p Embora o grafeno seja o primeiro material cristalino verdadeiramente bidimensional que foi descoberto, ao longo dos anos, os cientistas refletiram bastante sobre como os gases e sólidos bidimensionais deveriam se comportar. Eles também conseguiram criar uma grande aproximação de um gás de elétron bidimensional, ligando dois semicondutores ligeiramente diferentes. Os elétrons estão confinados à interface entre os dois e seus movimentos são restritos a duas dimensões. Quando tal sistema é resfriado a menos de um grau acima do zero absoluto e um forte campo magnético é aplicado, então o efeito Hall quântico fracionário aparece.

p Desde que os cientistas descobriram como fazer grafeno há cinco anos, eles têm tentado fazer com que ele exiba esse efeito com sucesso apenas marginal. De acordo com Bolotin, o grupo Columbia descobriu que o problema era a interferência da superfície em que o grafeno estava colocado. Então, eles aplicaram técnicas de litografia de semicondutores para suspender folhas de grafeno ultraclean entre postes microscópicos acima da superfície dos chips semicondutores. Quando eles resfriaram essa configuração dentro de seis graus do zero absoluto e aplicaram um campo magnético, o grafeno gerou um efeito Hall quântico robusto, conforme previsto pela teoria.

p A melhor maneira de entender esse efeito contra-intuitivo é pensar nos elétrons do grafeno como um mar (muito fino) de carga formando. Quando o campo magnético é aplicado, ele gera redemoinhos no fluido de elétrons. Como os elétrons carregam uma carga negativa, esses vórtices têm carga positiva. Eles se formam com cargas fracionárias, como um terço, metade e dois terços de um elétron. Esses portadores de carga positiva são atraídos e anexados aos elétrons de condução, criando quase-partículas com cargas fracionárias.

p Compreender as propriedades elétricas do grafeno é importante porque, ao contrário de outros materiais usados ​​pela indústria eletrônica, ele permanece estável e condutivo em escala molecular. Como resultado, quando a atual tecnologia de silício atingir seu limite fundamental de miniaturização nos próximos anos, o grafeno poderia muito bem ocupar o seu lugar.

p Enquanto isso, alguns físicos teóricos estão interessados ​​no grafeno por uma razão totalmente diferente:ele fornece uma nova maneira de testar suas teorias.

p À medida que os elétrons se movem através dos metais comuns, eles interagem com os campos elétricos produzidos pela rede de átomos de metal, que os empurra e puxa de uma forma complexa. O resultado líquido é que os elétrons agem como se tivessem uma massa diferente da massa dos elétrons comuns. Portanto, os físicos chamam isso de "massa efetiva" e consideram-nas quase-partículas. Ao viajar através do grafeno, eles também agem como quasipartículas, mas eles se comportam como se tivessem uma massa zero. Acontece que as quasipartículas de grafeno, ao contrário de outros materiais, obedecer às regras da eletrodinâmica quântica, as mesmas equações relativísticas que os físicos usam para descrever o comportamento das partículas em buracos negros e aceleradores de partículas de alta energia. Como resultado, este novo material pode permitir que os físicos conduzam experimentos de mesa que testam seus modelos teóricos de alguns dos ambientes mais extremos do universo.

p Mais Informações: www.nature.com/nature/journal/… ull / nature08582.html

p Fonte:Vanderbilt University (notícias:web)