p O grafeno foi chamado de material maravilhoso, capaz de realizar grandes e incomuns acrobacias materiais. Nanotubos de nitreto de boro também não são preguiçosos no reino dos materiais, e pode ser projetado para aplicações físicas e biológicas. Contudo, por conta deles, esses materiais são terríveis para uso no mundo da eletrônica. Como maestro, o grafeno permite que os elétrons se movam rápido demais - não há como controlá-los ou pará-los - enquanto os nanotubos de nitreto de boro são tão isolantes que os elétrons são rejeitados como um cachorro superanimado batendo na porta do pátio. p Mas juntos, esses dois materiais fazem um switch digital viável, que é a base para o controle de elétrons em computadores, telefones, equipamentos médicos e outros eletrônicos.

p Yoke Khin Yap, professor de física da Michigan Technological University, trabalhou com uma equipe de pesquisa que criou esses interruptores digitais combinando nanotubos de grafeno e nitreto de boro. O jornal Relatórios Científicos publicou recentemente seu trabalho.

p "A questão é:como você funde esses dois materiais?" Yap diz. A chave é maximizar suas estruturas químicas existentes e explorar suas características incompatíveis.

p Ajustes em nanoescala

p O grafeno é uma folha de átomos de carbono com a espessura de uma molécula; os nanotubos são como canudos feitos de boro e nitrogênio. Yap e sua equipe esfoliam o grafeno e modificam a superfície do material com pequenos orifícios. Em seguida, eles podem crescer os nanotubos para cima e através dos furos. Entrelaçados assim, o material parece um floco de casca germinando errático, cabelos finos.

p "Quando colocamos esses dois alienígenas juntos, nós criamos algo melhor, "Yap diz, explicando que é importante que os materiais tenham lacunas de banda assimétricas, ou diferenças em quanta energia é necessária para excitar um elétron no material. "Quando os colocamos juntos, você forma uma incompatibilidade de gap de banda - isso cria uma chamada 'barreira de potencial' que interrompe os elétrons. "

p A incompatibilidade de gap de banda resulta da estrutura dos materiais:a folha plana de grafeno conduz eletricidade rapidamente, e a estrutura atômica dos nanotubos interrompe as correntes elétricas. Essa disparidade cria uma barreira, causada pela diferença no movimento do elétron à medida que as correntes se movem ao lado e passando pelos nanotubos de nitreto de boro semelhantes a fios de cabelo. Esses pontos de contato entre os materiais - chamados de heterojunções - são o que tornam possível a chave liga / desliga digital.

p "Imagine que os elétrons são como carros passando por uma pista lisa, "Yap diz." Eles circulam ao redor e ao redor, mas então eles chegam a uma escada e são forçados a parar. "

p Yap e sua equipe de pesquisa também mostraram que, como os materiais são respectivamente tão eficazes na condução ou interrupção da eletricidade, a taxa de comutação resultante é alta. Em outras palavras, a rapidez com que os materiais podem ligar e desligar é várias ordens de magnitude maior do que os atuais interruptores de grafeno. Por sua vez, essa velocidade pode eventualmente acelerar o ritmo da eletrônica e da computação.

p Resolvendo o dilema do semicondutor

p Para chegar a computadores mais rápidos e menores um dia, Yap diz que este estudo é uma continuação de pesquisas anteriores sobre a fabricação de transistores sem semicondutores. O problema com semicondutores como o silício é que eles só podem ser pequenos, e eles emitem muito calor; o uso de grafeno e nanotubos contorna esses problemas. Além disso, os nanotubos de nitreto de grafeno e boro têm o mesmo padrão de arranjo atômico, ou correspondência de rede. Com seus átomos alinhados, os interruptores digitais de nanotubo de grafeno podem evitar os problemas de espalhamento de elétrons.

p "Você quer controlar a direção dos elétrons, "Yap explica, comparando o desafio a uma máquina de pinball que captura, diminui a velocidade e redireciona os elétrons. "Isso é difícil em ambientes de alta velocidade, e o espalhamento de elétrons reduz o número e a velocidade dos elétrons. "

p Muito parecido com um entusiasta de fliperama, Yap diz que ele e sua equipe continuarão tentando encontrar maneiras de superar ou mudar a configuração do pinball do grafeno para minimizar o espalhamento de elétrons. E um dia, todos os seus ajustes poderiam tornar os computadores mais rápidos - e jogos de pinball digital - para o resto de nós.