p Os eletrônicos estão ficando cada vez menores, flertando com novos dispositivos em escala atômica. Contudo, muitos cientistas prevêem que o encolhimento de nossa tecnologia está chegando ao fim. Sem uma alternativa às tecnologias baseadas em silício, a miniaturização de nossa eletrônica vai parar. Uma alternativa promissora é o grafeno - o material mais fino conhecido pelo homem. Grafeno puro não é um semicondutor, mas pode ser alterado para exibir um comportamento elétrico excepcional. Encontrar os melhores nanomateriais à base de grafeno pode inaugurar uma nova era de nanoeletrônica, ótica, e spintrônica (uma tecnologia emergente que usa o spin dos elétrons para armazenar e processar informações em aparelhos eletrônicos excepcionalmente pequenos). p Cientistas do Rensselaer Polytechnic Institute usaram os recursos de um dos supercomputadores universitários mais poderosos do mundo, o Centro Rensselaer para Inovações em Nanotecnologia (CCNI), para descobrir as propriedades de uma forma promissora de grafeno, conhecido como nanowiggles de grafeno. O que eles descobriram foi que as nanofitas grafíticas podem ser segmentadas em várias estruturas de superfície diferentes chamadas nanowiggles. Cada uma dessas estruturas produz propriedades magnéticas e condutoras altamente diferentes. As descobertas fornecem um plano que os cientistas podem usar para literalmente escolher uma nanoestrutura de grafeno que é ajustada e personalizada para uma tarefa ou dispositivo diferente. O trabalho fornece uma base importante de conhecimento sobre esses nanomateriais altamente úteis.

p Os resultados foram publicados na revista Cartas de revisão física em um artigo intitulado "Emergence of Atypical Properties in Assembled Graphene Nanoribbons."

p "Os nanomateriais de grafeno têm muitas propriedades agradáveis, mas até agora tem sido muito difícil construir nanoestruturas de grafeno sem defeitos. Portanto, essas nanoestruturas difíceis de reproduzir criaram uma barreira quase intransponível entre a inovação e o mercado, "disse Vincent Meunier, o professor de física da Constelação de Gail e Jeffrey L. Kodosky '70, Tecnologia da Informação, e Empreendedorismo na Rensselaer. "A vantagem das nanovigelas de grafeno é que elas podem ser produzidas de forma fácil e rápida por muito tempo e de forma limpa." Nanowiggles só foram descobertos recentemente por um grupo liderado por cientistas da EMPA, Suíça. Essas nanofitas específicas são formadas usando uma abordagem de baixo para cima, uma vez que eles são quimicamente montados átomo por átomo. Isso representa uma abordagem muito diferente para o processo de design de material de grafeno padrão que pega um material existente e tenta cortá-lo em uma nova estrutura. O processo geralmente cria um material que não é perfeitamente reto, mas tem pequenos ziguezagues nas bordas.

p Meunier e sua equipe de pesquisa viram o potencial deste novo material. Os nanowiggles podem ser facilmente fabricados e modificados para exibir propriedades condutoras elétricas excepcionais. Meunier e sua equipe imediatamente começaram a trabalhar para dissecar os nanowiggles para entender melhor possíveis aplicações futuras.

p "O que descobrimos em nossa análise das propriedades das nanovigigas foi ainda mais surpreendente do que se pensava, "Disse Meunier.

p Os cientistas usaram análise computacional para estudar várias estruturas diferentes de nanowiggle. As estruturas são nomeadas com base na forma de suas bordas e incluem poltrona, poltrona / ziguezague, ziguezague, e ziguezague / poltrona. Todas as estruturas de borda de nanofita têm uma aparência ondulada, como uma lagarta avançando lentamente sobre uma folha. Meunier chamou as quatro estruturas de nanowiggles e cada wiggle produziu propriedades excepcionalmente diferentes.

p Eles descobriram que os diferentes nanowiggles produziram intervalos de banda altamente variados. Uma lacuna de banda determina os níveis de condutividade elétrica de um material sólido. Eles também descobriram que diferentes nanowiggles exibiam até cinco propriedades magnéticas altamente variadas. Com este conhecimento, os cientistas serão capazes de ajustar o bandgap e as propriedades magnéticas de uma nanoestrutura com base em sua aplicação, de acordo com Meunier.

p Meunier gostaria que a pesquisa informasse o design de novos e melhores dispositivos. "Nós criamos um roteiro que pode permitir que nanomateriais sejam facilmente construídos e personalizados para aplicações de fotovoltaicos a semicondutores e, importante, spintrônica, " ele disse.

p Usando CCNI, Meunier conseguiu completar esses cálculos sofisticados em alguns meses.

p "Sem CCNI, esses cálculos ainda estariam continuando um ano depois e ainda não teríamos feito essa descoberta emocionante. Claramente, esta pesquisa é um excelente exemplo que ilustra o papel-chave do CCNI na ciência preditiva fundamental, " ele disse.