p Na busca pela miniaturização da eletrônica, os solenóides se tornaram muito grandes, Os cientistas da Rice University que descobriram o componente essencial podem ser reduzidos ao tamanho nanométrico com desempenho em macroescala. p O segredo está em uma forma espiral de grafeno da espessura de um átomo que, notavelmente, pode ser encontrado na natureza, de acordo com o físico teórico de Rice Boris Yakobson e seus colegas.

p "Usualmente, determinamos as características dos materiais que achamos que podem ser feitos, mas desta vez estamos olhando para uma configuração que já existe, "Yakobson disse." Essas espirais, ou deslocamentos de parafuso, formam-se naturalmente na grafite durante o seu crescimento, mesmo no carvão comum. "

p Os pesquisadores determinaram que quando uma voltagem é aplicada, a corrente fluirá em torno do caminho helicoidal e produzirá um campo magnético, como acontece em macro indutor-solenóides. A descoberta é detalhada em um novo artigo na revista American Chemical Society Nano Letras .

p "Pode-se comparar a estrutura a um estacionamento de arranha-céus para elétrons, mas sem vagas de estacionamento, então os elétrons simplesmente passam, "Yakobson disse." Ou você pode dizer que se assemelha ao parafuso de Arquimedes - que gira para bombear água morro acima - mas, em vez disso, é preenchido com eletricidade.

p "Talvez isso funcione ao contrário aqui:uma corrente de elétrons, bombeado pela tensão aplicada, em certas condições pode apenas fazer com que a espiral de grafeno gire, como uma pequena eletroturbina rápida, " ele disse.

p Os solenóides são fios enrolados em torno de um núcleo metálico. Eles produzem um campo magnético ao transportar corrente, transformando-os em eletroímãs. Estes são comuns em dispositivos eletrônicos e mecânicos, de placas de circuito a transformadores e carros. Eles também servem como indutores, componentes primários em circuitos elétricos que regulam a corrente, e em sua menor forma são parte de circuitos integrados. (O caroço nos cabos de alimentação que alimentam dispositivos eletrônicos contém indutores.)

p Enquanto os transistores ficam cada vez menores, indutores básicos em eletrônicos tornaram-se relativamente volumosos, disse Fangbo Xu, um ex-aluno do Rice e autor principal do artigo. "É o mesmo dentro dos circuitos, "disse ele." Indutores espirais comerciais de silício ocupam uma área excessiva. Se realizado, os nano-solenóides de grafeno podem mudar isso. "

p Os nano-solenóides analisados ​​através de modelos de computador na Rice devem ser capazes de produzir campos magnéticos poderosos de cerca de 1 tesla, quase o mesmo que as bobinas encontradas em alto-falantes típicos, de acordo com Yakobson e sua equipe. Eles descobriram que o campo magnético seria mais forte na cavidade, cavidade de largura nanométrica no centro da espiral.

p A forma espiral é atribuível a um truque topológico simples, ele disse. O grafeno é feito de matrizes hexagonais de átomos de carbono. Hexágonos malformados, conhecidos como deslocamentos ao longo de uma borda, forçam o grafeno a se torcer, semelhante a uma nanofita contínua que imita uma construção matemática conhecida como superfície de Riemann.

p Os pesquisadores demonstraram teoricamente como a energia fluiria através dos hexágonos em nanossolenóides com bordas em formações de poltrona ou em zigue-zague. Em um caso, eles determinaram que o desempenho de um indutor espiral convencional de 205 mícrons de diâmetro poderia ser igualado por um nano-solenóide de 70 nanômetros de largura - quase 10, 000, 000 vezes menor.

p Como o grafeno não tem gap de energia (o que dá propriedades semicondutoras a um material), a eletricidade deve passar sem barreiras. Mas de fato, a largura da espiral e a configuração das bordas - poltrona ou zigue-zague - influenciam como a corrente é distribuída, e, portanto, suas propriedades indutivas.

p Os pesquisadores sugeriram que deveria ser possível isolar deslocamentos de parafuso de grafeno de cristais de carbono grafítico (grafeno em massa), mas as atraentes folhas de grafeno a crescerem em espiral permitiriam um melhor controle de suas propriedades, Yakobson disse.

p Xu sugeriu que os nano-solenóides também podem ser úteis como relés moleculares ou armadilhas comutáveis ​​para moléculas magnéticas ou radicais em sondas químicas.