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Uma equipe internacional de pesquisadores liderada por cientistas da Universidade de Göttingen confirmou a teoria de que os elétrons viajam através da bicamada de grafeno que ocorre naturalmente da mesma forma que a luz, sem massa.
Os experimentos, que foram auxiliados por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e do Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS), também mostraram que, diferentemente do grafeno de camada única, o grafeno de duas camadas empilhado pode ser alterado de estados condutores para estados isolantes. Esta descoberta pode representar um avanço significativo ao remover uma das principais barreiras que limitam o uso mais amplo do grafeno.
Propriedades tentadoras do grafeno bidimensional
O grafeno, um material bidimensional feito de uma única camada de átomos de carbono, foi descoberto pela primeira vez em 2004. Embora já fosse conhecido pelas suas propriedades eletromagnéticas incomuns, a compreensão exata de como os elétrons se moviam através desse material permanecia indefinida. A teoria mais popular proposta em 2009 sugeria que eles se moviam sem massa, como a luz, o que seria responsável por grande parte das propriedades altamente condutoras do grafeno.
Na esperança de confirmar esta ideia, a equipa de investigação desenvolveu uma experiência que envolveu o empilhamento de grafeno em múltiplas camadas. Isso incluiu o resfriamento da bicamada de grafeno até temperaturas criogênicas, ou aproximadamente 273° abaixo de zero.
Significativamente, os pesquisadores apontar que esses experimentos nem eram possíveis em 2009. Em vez disso, eles exigiam uma “qualidade de amostra significativamente melhorada” de materiais de amostra que simplesmente não estava disponível há 15 anos. Felizmente, estamos em 2024 e o pessoal do NIMS conseguiu produzir o tipo de grafeno que a equipe precisava.
Com certeza, medindo a viagem dos elétrons através da bicamada aprimorada de grafeno e com a “estreita colaboração teórica com o MIT”, eles confirmaram que eles estavam se movendo como uma partícula sem qualquer massa semelhante à da luz.
“Já estávamos cientes da teoria”, explicou o professor Thomas Weitz, da Faculdade de Física da Universidade de Göttingen. “No entanto, agora realizamos experimentos que realmente mostram a dispersão de elétrons semelhante à luz na bicamada de grafeno.”
“Foi um momento muito emocionante para toda a equipe”, acrescentou Weitz.
A pesquisa também revela um estado isolante no grafeno bicamada
Em seu estudo, Publicados no diário Comunicações da Natureza, os pesquisadores explicam como as propriedades altamente condutoras do grafeno fizeram com que os cientistas “sonhassem” em usar o grafeno para transistores muito mais rápidos e com maior eficiência energética. Infelizmente, um transistor, que é essencialmente um interruptor eletrônico como o interruptor de luz da sua casa, deve poder ser ligado e desligado. Apesar de todas as suas propriedades EM atraentes, o grafeno praticamente não tem estado isolante, o que significa que está sempre na posição “ligado”.
Os pesquisadores dizem que ficaram agradavelmente surpresos ao descobrir que o grafeno de bicamada não tinha essa limitação. Em vez disso, seus experimentos sobre a dispersão de elétrons na bicamada de grafeno mostraram que a aplicação de um campo elétrico externo mudou o material para um estado isolante. Na verdade, eles poderiam ligar e desligar o interruptor condutor do material.
“Duas camadas de grafeno, encontradas na forma natural de grafeno de camada dupla, combinam o melhor dos dois mundos”, explicam os pesquisadores, “uma estrutura que suporta o movimento incrivelmente rápido de elétrons movendo-se como a luz, como se não tivessem massa. , além de um estado isolante.”
A equipe de pesquisa admite que seus experimentos foram conduzidos em temperaturas extremamente baixas em laboratório, e não em temperatura ambiente. No entanto, eles acreditam que pesquisas futuras poderiam expandir essa faixa de temperatura o suficiente para tornar o grafeno de bicamada um candidato viável para a criação de transistores ultraeficientes e outros dispositivos eletrônicos que aproveitem as propriedades únicas do material.
“Nosso trabalho é um primeiro passo, mas é crucial”, disse a Dra. Anna Seiler, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Göttingen e primeira autora do artigo. “O próximo passo dos pesquisadores será verificar se o grafeno bicamada realmente pode melhorar os transistores ou investigar o potencial desse efeito em outras áreas da tecnologia.”
Christopher Plain é romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciências do The Debrief. Siga e conecte-se com ele no X, conheça seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em christopher@thedebrief.org.
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