Grafeno ondulado pode criar pseudo-eletromagnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2022

Crescer grafeno sobre uma superfície que ondula como uma caixa de ovos estressa o material o suficiente para criar um campo eletromagnético.
[Imagem: Henry Yu/Rice University]

Pseudo-eletromagnetismo

Coloque um pouco de grafeno sobre uma superfície ondulada e você terá um material capaz de traçar o futuro para uma nova eletrônica bidimensional.

Apesar de ser muito promissor, o grafeno é muito difícil de ser fabricado justamente por ter apenas um átomo de espessura. Por isso, precisamos nos contentar em fabricá-lo sobre substratos, sejam metais ou semicondutores. E, para isso, o esforço até agora tem sido fabricar essas superfícies o mais lisas que for possível, para não danificar as folhas monoatômicas.

Mas um trio de físicos da Universidade de Rice, nos EUA, descobriu agora que, se o grafeno for fabricado com a espessura de um átomo sobre uma superfície ondulada, a superfície criará picos e vales nas folhas de carbono que as transformarão em dispositivos "pseudo-eletromagnéticos".

Os vales no grafeno vão criar seus próprios campos magnéticos, minúsculos, mas detectáveis e, mais importante, aproveitáveis.

O fenômeno poderá ser útil para criar novas famílias de componentes 2D eletrônicos ou valetrônicos, além de facilitar a fabricação de dispositivos ópticos em nanoescala, como lentes convergentes ou colimadores (dispositivos que pegam a luz de uma fonte e concentram-na em um ou mais feixes fortemente focalizados).

Os pesquisadores comparam o processo com depositar uma folha de grafeno sobre uma caixa de ovos: As saliências na caixa deformam o grafeno, estressando-o de uma forma que cria um campo eletromagnético mesmo sem qualquer entrada elétrica ou magnética externa.

"Os designs infinitos de formas do substrato permitem inúmeros dispositivos ópticos que podem ser criados, tornando possível a óptica eletrônica 2D," disse o professor Boris Yakobson, cuja equipe já havia idealizado também a miniaturização de bobinas, solenoides e motores torcendo o grafeno. "Esta tecnologia é uma maneira precisa e eficiente de transmitir portadoras materiais em dispositivos eletrônicos 2D, em comparação com os métodos tradicionais."

Esquema de um componente valetrônico de grafeno.
[Imagem: Seigo Tarucha Lab]

Valetrônica

A equipe espera que, quando esses componentes de grafeno ondulados forem fabricados na prática, eles possam representar uma maneira de gerar um efeito Hall - uma diferença de tensão ao longo do grafeno, que é fortemente condutor - que possa facilitar as aplicações de valetrônica, que manipula como os elétrons são presos em "vales" em uma estrutura de banda eletrônica.

A valetrônica está relacionada à spintrônica, na qual os bits de memória de um dispositivo são definidos pelo estado magnético dos elétrons, e não por sua carga. Mas, na valetrônica, os elétrons têm graus de liberdade nos múltiplos estados de momento (ou vales) que ocupam, e esses estados podem ser lidos como bits - bits além do binário, com múltiplas possibilidades de dados . É por isso que se diz que a valetrônica faz uma ponte com a computação quântica.

Tudo isso é possível porque o grafeno, embora possa seja uma das estruturas mais fortes conhecidas, é também flexível, aderindo naturalmente a uma superfície durante a deposição de vapor químico.

"A escultura do substrato confere deformação, que por sua vez altera a estrutura eletrônica do material e altera sua resposta óptica ou condutividade elétrica," disse o pesquisador Henry Yu, responsável pelo projeto teórico do grafeno ondulado. "Para saliências mais marcantes no substrato, além da flexibilidade do material, pode-se projetar posicionamentos de defeitos nos materiais, o que cria mudanças ainda mais drásticas nas propriedades do material."

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