p Um grupo de pesquisadores da Rússia, Bielo-Rússia e Espanha, incluindo o professor do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou Yury Lozovik, desenvolveram um sensor de força microscópico baseado em nanotubos de carbono. Crédito: Ciência de Materiais Computacionais Diário
p Um grupo de pesquisadores da Rússia, Bielo-Rússia e Espanha, incluindo o professor do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou Yury Lozovik, desenvolveram um sensor de força microscópico baseado em nanotubos de carbono. O dispositivo é descrito em artigo publicado na revista
Ciência de Materiais Computacionais e também está disponível como uma pré-impressão. p Os cientistas propuseram o uso de dois nanotubos, um dos quais é um longo cilindro com paredes duplas de um átomo de espessura. Esses tubos são colocados de forma que suas extremidades abertas fiquem opostas uma à outra. A tensão é então aplicada a eles, e uma corrente de cerca de 10 nA flui através do circuito.
p Paredes de tubo de carbono são bons condutores, e ao longo da lacuna entre as extremidades dos nanotubos a corrente flui graças ao efeito túnel, que é um fenômeno quântico em que os elétrons passam por uma barreira considerada intransponível na mecânica clássica.
p Essa corrente é chamada de corrente de tunelamento e é amplamente utilizada na prática. Existem, por exemplo, diodos de túnel, em que a corrente flui através da barreira potencial da junção p-n.
p Outro exemplo é um microscópio de tunelamento de varredura (STM), em que a superfície de uma amostra é digitalizada com uma agulha muito afiada sob tensão. A agulha desliza ao longo da superfície, e a magnitude da corrente que flui através dele mostra a distância até a amostra com tal precisão que o STM pode detectar protuberâncias com um átomo de altura.
p Os autores do artigo usaram a relação entre a corrente de tunelamento e a distância entre as extremidades dos nanotubos para determinar a posição relativa dos nanotubos de carbono e, assim, encontrar a magnitude da força externa exercida sobre eles.
p O novo sensor permite que a posição dos cilindros coaxiais em nanotubos de duas camadas seja controlada com bastante precisão. Como resultado, é possível determinar a extensão de um objeto de escala n, aos quais os eletrodos são fixados. Cálculos feitos pelos pesquisadores mostraram a possibilidade de registrar forças de alguns décimos de nN (10-10newtons). Para deixar mais claro, uma única bactéria pesa cerca de 10-14newtons em média, e um mosquito pesa algumas dezenas de mcN (10-5 N). No entanto, o dispositivo desenvolvido pelos físicos pode encontrar aplicação além das microescalas.
p Um nanotubo coaxial de camada dupla é semelhante a um cilindro microscópico com um pistão deslizante. Esse sistema já foi considerado por vários outros pesquisadores como uma parte potencial de vários tipos de nanomáquinas. Nanotubos foram propostos para o papel de micromanipuladores, ou conectando "pregos" para mecanismos complexos, e podem até ser usados para armazenamento de dados; a posição do "pistão" interno pode codificar um bit de informação ou mais.
p Além disso, cálculos mostraram que é possível criar um dispositivo combinado, onde dentro de um nanotubo de carbono de duas camadas haverá fulerenos magnéticos. Quando colocado em um campo magnético, um poder surgirá, que pode ser medido por mudanças na magnitude da corrente de tunelamento. Isso converterá o sensor de força em um sensor de campo magnético.