p Basta adicionar enxofre. p Os engenheiros do Nebraska, Peter e Eli Sutter, mostraram que o condimento elementar pode apimentar um sanduíche de nanomaterial, dando um toque literal ao clássico de várias camadas.

p Essa reviravolta, uma rotação de 30 graus de cada camada atomicamente fina em relação à camada abaixo dela, poderia ajudar a animar menus tecnológicos em laboratórios cinco estrelas em todo o mundo:propriedades eletrônicas ou ópticas emergentes, maior velocidade, mais funcionalidade em menos espaço.

p Afinal, você é meu van der Waals

p Por quase uma década, os engenheiros têm elaborado e testado receitas para as chamadas heteroestruturas de van der Waals:pilhas de camadas de cristal atomicamente finas que podem ser sequenciadas da maneira certa. Comparado com uma homoestrutura - o equivalente nanoscópico de uma placa de presunto - uma heteroestrutura pode apresentar fatias de pastrami, pepperoni e pimenta jack, todos mantidos juntos pelas fracas forças de van der Waals entre as camadas atômicas vizinhas.

p "Esse empilhamento abre muitas possibilidades, porque nos permite misturar e combinar uma vasta biblioteca de materiais disponíveis, "disse Peter, professor de engenharia elétrica e da computação.

p Os engenheiros logo descobriram que a diversidade poderia cultivar propriedades tecnologicamente interessantes, frequentemente nas regiões onde dois materiais diferentes se encontram, que de outra forma são difíceis ou impossíveis de recriar. Então, alguns anos atrás, os pesquisadores começaram a explorar os efeitos da rotação das camadas dentro das pilhas de van der Waals. Esse desalinhamento de camadas, eles encontraram, também poderia produzir resultados interessantes - transformando um material em um supercondutor, por exemplo, ou mudando como um semicondutor emite luz.

p No entanto, a conquista veio diante de um desafio considerável:Apesar da fraqueza das forças de van der Waals, camadas adjacentes preferem fortemente permanecer alinhadas. O empilhamento manual das camadas uma a uma pode superar o problema, mas exige extrema precisão e, mais importante, tempo que os grandes fabricantes de tecnologia de pequena escala simplesmente não têm.

p "Não é escalonável de nenhuma maneira (significativa), "disse Eli, professor de engenharia mecânica e de materiais. "Se alguém quiser desenvolver aplicativos baseados em pilhas torcidas de van der Waals, é impossível imaginar operários sentados ali e organizando essas peças, à mão, um em cima do outro.

p "É preciso empilhar manualmente um pequeno floco de cada vez. Para construir um dispositivo, talvez isso possa funcionar. Para construir 10, talvez seja (apenas) tedioso. Mas mais do que isso está definitivamente fora de alcance. "

p Então, os Sutters, ao lado de colegas da Aalto University e da University of Wyoming, decidiu tentar uma tática diferente:sintetizar diretamente pilhas torcidas. Gerenciando isso, no entanto, significava superar um princípio básico de crescimento de película fina:a tendência de cada camada adicionada herdar sua orientação do cristal subjacente.

p "Nós pensamos que se pudéssemos primeiro cultivar algum outro cristal que seria então transformado no desejado, então talvez este cristal intermediário, em vez do substrato subjacente, poderia ditar a orientação do produto final, "Disse Peter.

p Eles começaram com um suporte de dissulfeto de estanho, um composto que apresenta dois átomos de enxofre para cada átomo de estanho e é útil como um semicondutor em camadas. Depois de crescer uma camada atomicamente fina de monossulfeto de estanho - um átomo de enxofre, um estanho - na base de dissulfeto de estanho, a equipe saturou aquele monossulfeto de estanho com vapor de enxofre.

p Como esperado, o monossulfeto de estanho transformou-se espontaneamente em dissulfeto de estanho. Mas como os cristais de monossulfeto de estanho crescem em uma estrutura retangular - em oposição à configuração hexagonal do dissulfeto de estanho - a estrutura da segunda camada recém-transformada adotou uma torção de 30 graus em relação ao cristal de suporte. E quando os pesquisadores repetiram o processo, a terceira camada seguiu o exemplo da segunda, girando 30 graus em relação a ele e 60 graus em relação ao primeiro.

p Para demonstrar a generalização da abordagem, a equipe conseguiu o mesmo feito após substituir o substrato de dissulfeto de estanho por dois outros semicondutores de van der Waals, dissulfeto de molibdênio e dissulfeto de tungstênio.

p Lacuna de próxima geração

p Heteroestruturas torcidas estão mostrando uma promessa particular para modificar um aspecto essencial de semicondutores atomicamente finos:seus bandgaps. Os elétrons nos semicondutores possuem, cada um, uma certa quantidade de energia - dentro de uma faixa de valores de energia distintos chamados de banda de valência - quando deixados sem perturbação. Quando excitado pelo calor ou luz, esses elétrons saltam para uma faixa de valores de energia mais elevados - a banda de condução - que permite que fluam como eletricidade. A diferença entre essas duas bandas, ou bandgap, ajuda a ditar como os materiais semicondutores conduzem corrente elétrica e absorvem ou emitem luz.

p "Portanto, algumas propriedades muito interessantes podem surgir se você jogar este jogo tortuoso, "Disse Peter.

p A mesma torção que poderia informar a micro e optoeletrônica de próxima geração também evoca os mosaicos da Roma antiga e do Islã, ele disse, criando um padrão de mosaico quase cristalino que preenche o espaço, não repetindo periodicamente a mesma unidade básica, como os cristais comuns fazem, mas produzindo várias formas complementares.

p Embora essa torção represente uma vitória sobre a tendência de van der Waals para o alinhamento, Peter disse, dominar heteroestruturas torcidas ainda apresenta desafios formidáveis.

p "É um começo, "disse ele sobre o progresso da equipe." Ainda não é totalmente satisfatório, porque não podemos, por exemplo, (escolha) o ângulo de torção que desejamos.

p "Mas pelo menos não é mais zero grau."