p Conforme relatado pelo jornal Natureza em sua última edição, pesquisadores da Empa, o Instituto Max Planck em Mainz e a Universidade Técnica de Dresden conseguiram pela primeira vez produzir nanofitas de grafeno com bordas em zigue-zague perfeitas a partir de moléculas. Os elétrons nessas bordas em zigue-zague exibem direções rotacionais diferentes (e acopladas) ("spin"). Isso pode tornar as nanofitas de grafeno o material de escolha para a eletrônica do futuro, a chamada spintrônica. p Como os componentes eletrônicos estão se tornando cada vez menores, a indústria está gradualmente se aproximando dos limites do que pode ser alcançado usando a abordagem tradicional com o silício como material semicondutor. Grafeno, o material com uma série de propriedades "milagrosas", é considerada uma possível substituição. O filme de carbono de um átomo fino é ultraleve, extremamente flexível e altamente condutivo. Contudo, a fim de ser capaz de usar grafeno para componentes eletrônicos, como transistores de efeito de campo, o material deve ser "transformado" em um semicondutor. Isso foi alcançado por cientistas da Empa há algum tempo usando um método recentemente desenvolvido - em 2010, eles apresentaram, pela primeira vez, nanofitas de grafeno (GNR) com apenas alguns nanômetros de largura e bordas de formato preciso. Por esta, as fitas foram cultivadas em uma superfície de metal a partir de moléculas precursoras especificamente projetadas. Quanto mais estreitas as fitas, quanto maior for a lacuna de banda eletrônica - ou seja, a faixa de energia na qual nenhum elétron pode ser localizado, que é responsável por garantir que uma chave eletrônica (por exemplo, um transistor) pode ser ligado e desligado. Os pesquisadores do Empa também foram capazes de "dopar" as nanofitas, isto é, fornecer às fitas átomos de impureza, como nitrogênio em certos pontos, para influenciar ainda mais as propriedades eletrônicas das fitas de grafeno.

p O projeto perfeito

p No artigo agora publicado em Natureza , a equipe da Empa liderada por Roman Fasel relata, juntamente com colegas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros em Mainz, liderado por Klaus Müllen, e da Universidade Técnica de Dresden liderada por Xinliang Feng, como conseguiu sintetizar GNR com bordas em zigue-zague perfeitamente usando moléculas precursoras de carbono adequadas e um processo de fabricação aperfeiçoado. Os ziguezagues seguiram uma geometria muito específica ao longo do eixo longitudinal das fitas. Este é um passo importante, porque os pesquisadores podem, assim, dar às fitas de grafeno propriedades diferentes por meio da geometria das fitas e, especialmente, da estrutura de suas bordas.

p Tal como acontece com os ladrilhos do piso, os ladrilhos certos - ou moléculas precursoras - para a síntese na superfície primeiro tiveram que ser encontrados para o padrão específico das fitas de grafeno em zigue-zague. Ao contrário da química orgânica, que leva em conta a ocorrência de subprodutos no caminho para se obter uma substância pura, tudo teve que ser projetado para a síntese superficial das fitas de grafeno para que apenas um único produto fosse produzido. Os cientistas alternaram repetidamente entre simulações de computador e experimentos, a fim de projetar a melhor síntese possível. Com moléculas em forma de U, que eles permitiram crescer juntos para formar uma forma de cobra, e grupos metil adicionais, que completou as bordas em zigue-zague, os pesquisadores conseguiram finalmente criar um "projeto" para o GNR com bordas em zigue-zague perfeitas. Para verificar se as bordas do zigue-zague eram exatas até o átomo, os pesquisadores investigaram a estrutura atômica usando um microscópio de força atômica (AFM). Além disso, eles foram capazes de caracterizar os estados eletrônicos das bordas em zigue-zague usando espectroscopia de tunelamento de varredura (STS).

p Usando o spin interno dos elétrons

p E estes apresentam um recurso muito promissor. Os elétrons podem girar para a esquerda ou para a direita, que é conhecido como spin interno dos elétrons. A característica especial do GNR em ziguezague é que, ao longo de cada borda, todos os elétrons giram na mesma direção; um efeito que é referido como acoplamento ferromagnético. Ao mesmo tempo, o chamado acoplamento antiferromagnético garante que todos os elétrons na outra borda giram na direção oposta. Assim, todos os elétrons de um lado têm um estado de "rotação para cima" e na outra extremidade todos têm um estado de "rotação para baixo".

p Assim, dois canais de spin independentes com "direções de viagem" opostas surgem nas bordas da banda, como uma estrada com pistas separadas. Via defeitos estruturais intencionalmente integrados nas bordas ou - mais elegantemente - via fornecimento de um elétrico, sinal magnético ou óptico de fora, Barreiras de spin e filtros de spin podem, portanto, ser projetados que requerem apenas energia para serem ligados e desligados - o precursor de um transistor em nanoescala e também extremamente eficiente em termos de energia.

p Possibilidades como essa tornam o GNR extremamente interessante para dispositivos spintrônicos; estes usam tanto a carga quanto o spin dos elétrons. Esta combinação está levando os cientistas a prever componentes completamente novos, por exemplo. Dispositivos de armazenamento de dados magnéticos endereçáveis ​​que mantêm a informação que foi alimentada mesmo depois que a energia foi desligada.