Novo material artificial tem propriedades eletrônicas inéditas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/04/2008

Estrutura atômica da super-rede PbTiO3/SrTiO3 - átomos de chumbo em cinza, estrôncio em azul, titânio em verde e oxigênio em vermelho. A nuven de elétrons associada é vista em amarelo.
[Imagem: University of Liège]

Um grupo internacional de cientistas descobriu um novo metamaterial - um material sintético, construído a partir de outros materiais - que não apenas poderá ter aplicações diretas na indústria eletrônica, como abre a possibilidade da criação de materiais funcionais hoje inexistentes a partir de um conceito totalmente novo.

Super-rede atômica

O novo metamaterial é uma super-rede atômica, uma estrutura formada por camadas alternadas de várias substâncias, neste caso dois diferentes óxidos - PbTiO³ e SrTiO³. A super-rede apresenta propriedades radicalmente diferentes daquelas dos dois materiais considerados individualmente.

As novas propriedades emergem como conseqüência da estrutura artificial em camadas e são determinadas pelas interações em escala atômica que acontecem nas interfaces entre os dois materiais.

"Além das aplicações imediatas que poderão ser geradas por este novo nanomaterial, esta descoberta abre um campo de investigação completamente novo e a possibilidade de novos materiais funcionais baseados em um novo conceito: a engenharia das interfaces em escala atômica," explica o Dr. Matthew Dawber, da Universidade Stony Brook, nos Estados Unidos.

Ferroeletricidade imprópria

O metamaterial apresenta um fenômeno conhecido como "ferroeletricidade imprópria", um tipo de ferroeletricidade muito raro de ocorrer entre materiais naturais e, mesmo quando surge, dá-se numa intensidade muito baixa para qualquer propósito útil.

As propriedades da ferroeletricidade imprópria variam com a temperatura, mas de forma totalmente diferente da ferroeletricidade normal. Isso torna o fenômeno extremamente útil em aplicações nas quais a temperatura dos dispositivos varia durante seu funcionamento.

Nem o trióxido de chumbo-titânio e nem o trióxido de estrôncio-titânio, individualmente considerados, apresentam esse fenômeno. Ao serem dispostos em camadas sucessivas, porém, a ferroeletricidade apresenta-se numa intensidade 100 vezes maior do que a apresentada por qualquer material natural, abrindo as portas para um novo conjunto de aplicações práticas até agora apenas previstas em teoria.

High-k

A super-rede atômica também apresenta uma outra característica excepcionalmente útil: uma constante dielétrica que é, ao mesmo tempo, muito alta e independente da temperatura.

A constante dielétrica é um valor que mede a reação de um material a um campo elétrico e o normal é que ela seja ou alta ou variável com a temperatura. O experimento agora feito pelos cientistas demonstrou que o novo nanomaterial apresenta essas duas características combinadas.

São os materiais conhecidos como "high-k" (alta constante dielétrica), que estão na base das mais recentes inovações alcançadas pela indústria de microprocessadores (veja Intel mostra nova geração revolucionária de transistores e IBM afirma que também sabe fabricar os novos transistores de última geração).

Receita para novos materiais

Mas talvez o conceito que levou à criação do novo metamaterial seja ainda mais importante do que as suas mais promissoras aplicações.

A técnica utilizada pelos pesquisadores demonstra a possibilidade de se criar materiais radicalmente diferentes explorando-se a interação em escala atômica de materiais já conhecidos. A super-rede atômica feita de PbTiO³ e SrTiO³ é apenas o primeiro exemplo dessa nova categoria de materiais.

Mais tópicos