Pesquisadores da EPFL mostraram que é possível criar um canal elétrico com alguns átomos de largura dentro de materiais isolantes bidimensionais. Suas simulações abrem novas perspectivas para a produção de novos dispositivos eletrônicos e fotovoltaicos. p No mundo do infinitamente pequeno, fenômenos inesperados podem ocorrer na interface entre dois materiais quando eles são combinados artificialmente. Na EPFL, cientistas mostraram que é possível gerar um canal condutor com uma largura de alguns átomos na zona de contato entre diferentes folhas de materiais isolantes. Este trabalho, acabado de publicar em Nature Communications , poderia permitir a criação não apenas de novos dispositivos micro e nanoeletrônicos, mas também de um novo tipo de célula solar.

p Materiais bidimensionais

Para gerar esses minúsculos canais condutores, pesquisadores estudaram materiais bidimensionais, isto é, folhas de material com alguns átomos de espessura, às vezes consistindo apenas em uma única camada de átomos.

p Como o grafeno, esses materiais são compostos de átomos dispostos em uma estrutura hexagonal, semelhantes às células encontradas nas colmeias. A diferença é que, embora o grafeno seja condutor e composto apenas por átomos de carbono, os materiais bidimensionais mencionados no estudo são isolantes e compostos por diferentes elementos.

p Entre muitas possibilidades, pesquisadores consideraram nitreto de boro (BN), que é composto de dois tipos de átomos. Em seu estado natural, uma "folha" de nitreto de boro atua como isolante e, portanto, não pode conduzir corrente elétrica. Contudo, a tecnica, após uma ligeira modificação química, permite que os pesquisadores desenvolvam "ligações" para elétrons condutores.

Um sanduíche de prótons

A fabricação do canal elétrico é uma operação em duas etapas. É feito fixando um próton (ou seja, um átomo de hidrogênio) em uma folha de nitreto de boro acima de cada átomo de boro (B) e uma abaixo de cada átomo de nitrogênio (N). Assim, imprensado entre os átomos de hidrogênio, a folha de nitreto de boro "decorada" gera um canal condutor com alguns átomos de largura quando é colocada em contato com uma folha "intocada" de BN. O novo "fio" localizado na interface entre as duas folhas permite o controle preciso da circulação dos elétrons quando a tensão é aplicada. "Tomado separadamente, a folha quimicamente modificada e a folha em branco não são condutoras, "diz Giovanni Pizzi, co-autor do estudo. “É apenas combinando um com o outro que o canal aparece”.

Os aplicativos potenciais associados a essas simulações são numerosos. Os novos "fios" condutores podem servir particularmente para desenvolver dispositivos micro e nanoeletrônicos mais compactos e poderosos. "Os 'fios' produzidos pela litografia tradicional não caem abaixo de vinte nanômetros, o que significa pelo menos cem átomos, "diz Giovanni Pizzi." Alguns átomos de largura, nosso fio poderia conectar os diferentes processadores de um nanochip ocupando muito menos espaço do que os fios atuais. "

p Um novo modelo de célula solar

p As aplicações relacionadas a esses minúsculos canais condutores também podem incluir a criação de um novo tipo de célula solar ultrafina e flexível.

p Quando o material padronizado com canais é submetido à luz do sol, os elétrons presentes na parte isolante se movem em direção às vias condutoras. “Para obter uma corrente elétrica, então basta conectar os canais, "explica Marco Gibertini, que também é coautor do estudo.

Rumo a testes experimentais

Os pesquisadores da EPFL agora esperam que seu trabalho de simulação atraia a atenção de especialistas na área experimental para conduzir testes em ambientes reais. "Em nosso estudo, fornecemos um cálculo simples que os pesquisadores podem realizar para ver se um determinado material, após a modificação química, formará esses minúsculos fios, "diz Marco Gibertini." Nossa ideia se baseia em resultados anteriores em materiais 3D. Também investigamos intencionalmente materiais e técnicas experimentais existentes. Isso deve facilitar os testes experimentais, " ele adiciona.