p Com um simples giro dos dedos, pode-se criar uma bela espiral a partir de um baralho de cartas. Do mesmo jeito, cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, e o Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) criaram novos cristais inorgânicos feitos de pilhas de folhas atomicamente finas que inesperadamente se espiralam como um baralho de cartas em nanoescala. p Suas estruturas surpreendentes, relatado em um novo estudo publicado online na quarta-feira, 20 de junho no jornal Natureza , pode render ótica única, propriedades eletrônicas e térmicas, incluindo supercondutividade, dizem os pesquisadores.

p Esses cristais helicoidais são feitos de camadas empilhadas de sulfeto de germânio, um material semicondutor que, como grafeno, prontamente forma folhas com apenas alguns átomos ou mesmo um único átomo de espessura. Essas "nanofolhas" são geralmente chamadas de "materiais 2-D".

p "Ninguém esperava que os materiais 2-D crescessem dessa forma. É como um presente surpresa, "disse Jie Yao, professor assistente de ciência dos materiais e engenharia na UC Berkeley. "Acreditamos que pode trazer grandes oportunidades para pesquisas de materiais."

p Embora a forma dos cristais possa se parecer com a do DNA, cuja estrutura helicoidal é crítica para o seu trabalho de transporte de informação genética, sua estrutura subjacente é, na verdade, bem diferente. Ao contrário do DNA "orgânico", que é construído principalmente de átomos familiares como o carbono, oxigênio e hidrogênio, esses cristais "inorgânicos" são construídos de elementos mais distantes da tabela periódica - neste caso, enxofre e germânio. E embora as moléculas orgânicas muitas vezes tenham todos os tipos de formas malucas, devido às propriedades únicas de seu componente primário, carbono, as moléculas inorgânicas tendem mais para as retas e estreitas.

p Para criar as estruturas torcidas, a equipe se aproveitou de um defeito de cristal chamado de deslocamento do parafuso, um "erro" na estrutura cristalina ordenada que lhe confere um pouco de força de torção. Este "Eshelby Twist, "nomeado após o cientista John D. Eshelby, foi usado para criar nanofios que espiralam como pinheiros. Mas este estudo é a primeira vez que o Eshelby Twist foi usado para fazer cristais construídos de camadas 2-D empilhadas de um semicondutor atomicamente fino.

p "Usualmente, as pessoas odeiam defeitos em um material - elas querem um cristal perfeito, "disse Yao, que também atua como cientista docente no Berkeley Lab. "Mas acontece que, desta vez, temos que agradecer os defeitos. Eles nos permitiram criar uma torção natural entre as camadas de material. "

p Em uma grande descoberta no ano passado, os cientistas relataram que o grafeno se torna supercondutor quando duas folhas atomicamente finas do material são empilhadas e torcidas no que é chamado de "ângulo mágico". Enquanto outros pesquisadores conseguiram empilhar duas camadas por vez, o novo papel fornece uma receita para sintetizar estruturas empilhadas que têm centenas de milhares ou até milhões de camadas de espessura em uma forma de torção contínua.

p "Observamos a formação de etapas discretas no cristal torcido, que transforma o cristal suavemente retorcido em escadas circulares, um novo fenômeno associado ao mecanismo Eshelby Twist, "disse Yin Liu, co-primeiro autor do artigo e estudante de graduação em ciência e engenharia de materiais na UC Berkeley. "É incrível como a interação de materiais pode resultar em muitos, belas geometrias. "

p Ajustando as condições de síntese do material e comprimento, os pesquisadores podem mudar o ângulo entre as camadas, criando uma estrutura torcida que é apertada, como uma primavera, ou solto, como um Slinky desenrolado. E enquanto a equipe de pesquisa demonstrou a técnica através do cultivo de cristais helicoidais de sulfeto de germânio, provavelmente poderia ser usado para cultivar camadas de outros materiais que formam camadas atomicamente finas semelhantes.

p "A estrutura torcida surge de uma competição entre a energia armazenada e o custo da energia de deslizar duas camadas de material uma em relação à outra, "disse Daryl Chrzan, presidente do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e teórico sênior do artigo. “Não há razão para esperar que esta competição se limite ao sulfeto de germânio, e estruturas semelhantes devem ser possíveis em outros sistemas de materiais 2-D. "

p "O comportamento torcido desses materiais em camadas, normalmente com apenas duas camadas torcidas em ângulos diferentes, já mostrou grande potencial e atraiu muita atenção das comunidades de física e química. Agora, torna-se muito intrigante descobrir, com todas essas camadas torcidas combinadas em nosso novo material, se mostrarão propriedades de material bastante diferentes do empilhamento regular desses materiais, "Yao disse." Mas, neste momento, temos uma compreensão muito limitada do que essas propriedades poderiam ser, porque esta forma de material é muito nova. Novas oportunidades nos aguardam. "