Nanotecnologia

Material campeão vira Penta-Hexa-Hepta de uma só vez

Phagrafeno, um grafeno com anéis variados
Estrutura atômica do phagrafeno, um primo do grafeno com estrutura Penta-Hexa-heptA - anéis com 5, 6 e 7 átomos de carbono. À direita, a representação dos cones de Dirac inclinados. [Imagem: Zhenhai Wang et al. - 10.1021/acs.nanolett.5b02512]

Phagrafeno

Uma equipe de físicos da Rússia, EUA e China usou simulações computadorizadas para prever a existência de um novo tipo de carbono formado por uma única camada atômica.

Ao contrário do grafeno, que consiste em uma espécie de colmeia em miniatura, com uma estrutura atômica hexagonal, o novo material bidimensional é mais parecido com uma colcha de retalhos - mas, ainda assim, formado unicamente por carbono.

"O phagrafeno consiste de anéis de carbono penta, hexa e heptagonais. Seu nome vem da contração de Penta-Hexa-heptA-grafeno," explicou o professor Artyom Oganov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.

A onda de materiais bidimensionais começou com o grafeno, mas expandiu-se rapidamente, com os primeiros frutos dessa nanotecnologia aproximando-se do mercado. Uma das estrelas mais recentes dessa constelação, que brilhou há poucas semanas, o estaneno promete nada menos do que a supercondutividade a temperatura ambiente.

Cones de Dirac

Em termos de propriedades e características, o phagrafeno deverá se situar bem próximo do grafeno, mas com a vantagem de apresentar rotas preferenciais de condução elétrica.

No grafeno, cada átomo de carbono tem três elétrons, ligados aos elétrons dos átomos vizinhos, formando ligações químicas. O quarto elétron de cada átomo fica "deslocalizado" ao longo de toda a folha de grafeno, o que permite ao material conduzir corrente elétrica com grande eficiência. Mas, dependendo da energia dos elétrons, o material também pode funcionar como um isolante, quando sua faixa de condutividade assume uma largura igual a zero. Assim, ao traçar a energia dos elétrons e sua localização em um gráfico, surge uma figura que se parece com uma ampulheta, ou seja, dois cones conectados pelos vértices - são os chamados cones de Dirac.

Devido a esta condição única, os elétrons no grafeno comportam-se de forma muito estranha: todos têm uma única e mesma velocidade, que é comparável à velocidade da luz, e não possuem inércia - eles parecem não ter massa. E, de acordo com o teoria da relatividade, partículas viajando à velocidade da luz devem mesmo se comportar assim - a velocidade dos elétrons no grafeno é de cerca de 10.000 km por segundo, enquanto a velocidade dos elétrons em um metal condutor típico varia de centímetros até algumas poucas centenas de metros por segundo.

Rotas preferenciais de elétrons

O phagrafeno também apresenta os cones de Dirac, mas deve haver uma diferença significativa.

"No phagrafeno, devido ao diferente número de átomos nos anéis, os cones de Dirac são inclinados. Por isso, a velocidade dos elétrons depende de sua direção. No grafeno não é assim e isto poderá ser muito interessante para futuras aplicações práticas," disse Oganov.

A equipe de Oganov já havia descoberto um metal transparente e criado uma receita para fabricar hidrogênio metálico supercondutor.

Agora a bola está com o experimentalistas, que deverão desenvolver técnicas para sintetizar o phagrafeno, tarefa que certamente será mais complicada do que aplicar uma fita adesiva no grafite, como ocorreu com o grafeno.

Bibliografia:

Phagraphene: A Low-Energy Graphene Allotrope Composed of 5-6-7 Carbon Rings with Distorted Dirac Cones
Zhenhai Wang, Xiang-Feng Zhou, Xiaoming Zhang, Qiang Zhu, Huafeng Dong, Mingwen Zhao, Artem R. Oganov
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02512




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