Nanofitas de grafeno incorporadas cultivadas diretamente. Crédito:Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07243-0 Um estudo colaborativo internacional que conta com pesquisadores da Universidade de Tel Aviv (TAU), apresentou um novo método para cultivar tiras ultralongas e ultraestreitas de grafeno (um derivado do grafite), que exibem propriedades semicondutoras que podem ser aproveitadas pela indústria nanoeletrônica . Os pesquisadores acreditam que o desenvolvimento pode ter muitas aplicações tecnológicas potenciais, incluindo dispositivos de comutação avançados, dispositivos spintrônicos e, no futuro, até mesmo arquiteturas de computação quântica.
O estudo foi conduzido sob a liderança de uma equipe de pesquisa internacional que incluía o Prof. Michael Urbakh e o Prof. Oded Hod da Escola de Química da TAU, bem como cientistas da China, Coreia do Sul e Japão. O estudo foi publicado na revista Nature .
O professor Urbakh e o professor Hod explicam que o grafeno é na verdade uma única camada de grafite feita de átomos de carbono e construída de forma semelhante ao formato de uma colmeia. O grafeno é muito adequado para usos tecnológicos.
Além de sua extraordinária resistência mecânica, propriedades adicionais foram descobertas nos últimos anos em relação a certas estruturas feitas de um pequeno número de camadas de grafeno torcidas (giradas lateralmente umas em relação às outras). Essas propriedades incluem supercondutividade, polarização elétrica espontânea, condução de calor controlada e superlubricidade estrutural – um estado no qual os materiais demonstram atrito e desgaste desprezíveis.
Uma das limitações para a utilização do grafeno na indústria eletrónica é o facto de se tratar de um semimetal, ou seja, os portadores de carga podem circular livremente nele, mas a sua densidade é muito baixa. Conseqüentemente, o grafeno não pode ser usado nem como metal condutor nem como semicondutor usado pela indústria de chips eletrônicos.
No entanto, se tiras longas e finas de grafeno (denominadas nanofitas de grafeno) forem cortadas de uma folha larga de grafeno, os portadores de carga quântica ficam confinados dentro da dimensão estreita, o que os torna semicondutores e permite a sua utilização em dispositivos de comutação quântica. A partir de hoje, existem uma série de barreiras ao uso de nanofitas de grafeno em dispositivos, entre elas está o desafio de crescer de forma reprodutível folhas estreitas e longas que ficam isoladas do meio ambiente.
Neste novo estudo, os pesquisadores foram capazes de desenvolver um método para cultivar cataliticamente nanofitas de grafeno estreitas, longas e reproduzíveis diretamente dentro de pilhas hexagonais isolantes de nitreto de boro, bem como demonstrar desempenho máximo em dispositivos de comutação quântica baseados nas fitas recém-desenvolvidas. . O mecanismo único de crescimento foi revelado usando ferramentas avançadas de simulação de dinâmica molecular que foram desenvolvidas e implementadas pelas equipes israelenses.
Esses cálculos mostraram que o atrito ultrabaixo em certas direções de crescimento dentro do cristal de nitreto de boro determina a reprodutibilidade da estrutura da fita, permitindo que ela cresça a comprimentos sem precedentes diretamente em um ambiente limpo e isolado.
Os pesquisadores veem o desenvolvimento como um avanço científico e tecnológico na área de nanomateriais, que deverá abrir as portas para uma ampla gama de estudos que levarão à sua utilização na indústria nanoeletrônica.
O professor Urbakh e o professor Hod resumem:"A importância deste novo desenvolvimento é que, pela primeira vez, agora é possível fabricar dispositivos de comutação nanoeletrônicos baseados em carbono diretamente dentro de uma matriz isolante. Esses dispositivos provavelmente terão muitas aplicações tecnológicas, incluindo sistemas eletrônicos e spintrônicos, e até mesmo dispositivos de computação quântica."
