Os engenheiros imaginam um interruptor eletrônico com apenas três átomos de espessura
p No painel superior, este cristal de três átomos de espessura é mostrado como um semicondutor não condutor. Um puxão externo no material (mostrado no painel do meio) transforma o cristal em um metal, ou estado condutivo. O terceiro painel mostra o cristal de volta em um estado não condutor. Crédito:Karel-Alexander Duerloo
p Não dobrar, fuso ou mutilado. Essas instruções já foram impressas em cartões perfurados que alimentavam dados em computadores mainframe. Os smartphones de hoje processam mais dados, mas ainda não foram feitos para serem enfiados nos bolsos de trás. p Na busca para construir dispositivos que possam sobreviver a tais abusos, engenheiros têm testado sistemas eletrônicos baseados em novos materiais que são flexíveis e comutáveis - isto é, capaz de alternar entre dois estados elétricos, Ligado desligado, um-zero, os comandos binários que podem programar todas as coisas digitais.
p Agora, três pesquisadores de Stanford acreditam que descobriram um sistema flexível, material comutável. É um cristal que pode formar uma folha semelhante a papel com apenas três átomos de espessura. Simulações de computador mostram que esta rede cristalina tem a notável capacidade de se comportar como um interruptor:pode ser puxada e empurrada mecanicamente, vai e volta, entre duas estruturas atômicas diferentes - uma que conduz bem a eletricidade, o outro que não.
p "Pense nisso como ligar e desligar um interruptor de luz, "diz Karel-Alexander Duerloo, estudante de graduação em Engenharia de Stanford e primeiro autor de um artigo em
Nature Communications .
p Até agora, essa descoberta existe apenas como uma simulação. Mas o co-autor e líder da equipe Evan Reed, Professor Assistente de Ciência e Engenharia de Materiais, espera que este trabalho inspire cientistas experimentais a fabricar este cristal superfino e usá-lo para criar dispositivos eletrônicos e outros que seriam tão leves e flexíveis quanto fibras.
p Teoricamente, esses materiais eletrônicos têm potencial para reduzir o consumo de energia que consome a bateria em dispositivos existentes, como telefones inteligentes. Esta nova, o material com baixo consumo de energia também pode possibilitar a criação de roupas 'inteligentes' - imagine um celular ultraleve ou um sistema GPS integrado à sua camisa.
p Duerloo disse que este material comutável é formado quando uma camada atômica de átomos de molibdênio fica imprensada entre duas camadas atômicas de átomos de telúrio.
p Molibdênio e telúrio são elementos que atualmente são usados como aditivos para fazer ligas, como o aço. O telúrio também é um componente importante de muitas células solares modernas.
Esta animação mostra o cristal de três átomos de espessura sendo puxado de um estado não condutor para condutor, e então sendo empurrado de volta para o estado não condutor. Crédito:Karel-Alexander Duerloo p Em sua simulação, Duerloo confiou no fato de que o molibdênio e o telúrio formam uma estrutura de cristal semelhante a uma folha com apenas três átomos de espessura. Notavelmente, esse sanduíche atômico pode formar diferentes estruturas cristalinas que têm propriedades úteis:em uma estrutura, essa rede conduz eletricidade facilmente; na outra configuração não.
p As simulações de Duerloo mostram que é preciso apenas um pequeno esforço para alternar a estrutura atômica desse amálgama de três camadas de um estado não condutor para um estado condutor. Um leve empurrão muda o material de volta para o estado desligado.
p Essas simulações, ainda não suportado por confirmação experimental, estão na vanguarda de um novo ramo da ciência dos materiais que investiga o comportamento de substâncias de monocamada.
p A primeira e mais famosa monocamada é o grafeno, que foi observado pela primeira vez em 2004. O grafeno é uma camada de átomos de carbono que formam uma rede que se assemelha a uma tela de arame. Embora tenha apenas um átomo de espessura, o grafeno é incrivelmente forte. Uma folha de grafeno poderia suportar o peso de um gato sem quebrar essa estrutura atomicamente fina.
p O grafeno também é eletricamente condutor. Isso o torna potencialmente útil como uma luz, componente eletrônico de baixa potência.
p Os descobridores do grafeno compartilharam o Prêmio Nobel em 2010, mas mesmo antes disso, seu trabalho era tão honrado que outros cientistas começaram a procurar outros materiais de monocamada com esta confluência de propriedades interessante:forte, estábulo, estruturas cristalinas que podem conduzir eletricidade.
p Para ajudar a encontrar os materiais mais promissores de um vasto universo de estruturas moleculares, uma nova disciplina está surgindo:ciência de materiais computacionais.
p "Somos como os batedores avançados que pesquisam o terreno e procuram os melhores materiais, "Reed disse.
p Agora que simularam o potencial deste cristal de molibdênio-telúrio, os pesquisadores de Stanford - o terceiro membro da equipe é o estudante Yao Li - esperam que os cientistas experimentais explorem os possíveis usos deste interruptor de três átomos de espessura.
p "Ninguém teria sabido que isso era possível antes porque eles não sabiam onde procurar, "Duerloo disse.