Superestrada para elétrons deixa eletricidade correr livre, sem perdas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/06/2024

Representação artística da superestrada para elétrons, que emerge no grafeno romboédrico, um tipo especial de grafite de lápis.
[Imagem: Sampson Wilcox/MIT]

Múltiplas faixas para tráfego da eletricidade

Enquanto os supercondutores a temperatura ambiente não chegam, talvez seja possível aumentar a capacidade de tráfego dos elétrons usando materiais já acessíveis.

Pesquisadores criaram o que eles estão chamando de uma "rodovia de cinco faixas" para os elétrons, tanto transportando mais energia quanto evitando as perdas por calor. É um complemento interessante para a correia transportadora de quasipartículas anunciada há poucos dias.

"Esta descoberta tem implicações diretas para dispositivos eletrônicos de baixa potência porque nenhuma energia é perdida durante a propagação dos elétrons, o que não é o caso em materiais regulares onde os elétrons são espalhados," disse Long Ju, do MIT, nos EUA.

O fenômeno é semelhante ao que acontece com carros trafegando por uma rodovia de várias faixas, em comparação com os que circulam por uma rua da cidade. Os carros na cidade acabam sendo parados ou desacelerados por outros motoristas, que precisam diminuir a marcha para fazer conversões ou param para fazer uma manobra de estacionamento, retardando um deslocamento que de outra forma seria mais rápido.

Em vez de asfalto, a rodovia para elétrons foi criada usando o grafeno pentacamada romboédrico que a equipe descobriu no ano passado. "Nós descobrimos uma mina de ouro e cada picaretada revela algo novo," disse Ju.

Observe que o material, diferentemente do pentagrafeno, é essencialmente grafite, que é formado por camadas individuais de grafeno - neste caso, são cinco camadas de grafeno empilhadas.

Projeto da estrada e foto do dispositivo onde ela foi implementada.
[Imagem: Tonghang Han et al. - 10.1126/science.adk9749]

Material topológico

No trabalho anterior, a equipe demonstrou que essas cinco camadas justapostas de grafeno tornam-se topológicas, ou seja, permitem o movimento desimpedido dos elétrons ao redor da borda do material, mas não através do seu interior. Isso resultou em uma pista livre para os elétrons, mas que só liberava o tráfego com a aplicação de um grande campo magnético, algumas dezenas de milhares de vezes mais forte do que o campo magnético da Terra.

Agora eles descobriram como se livrar do campo magnético juntando seu grafeno pentacamada com outro material topológico, o dissulfeto de tungstênio (WS₂). "A interação entre o WS₂ e o grafeno romboédrico pentacamada resultou nesta superestrada de cinco pistas que opera com campo magnético zero," disse Ju.

Infelizmente, assim como acontece com os supercondutores, a superestrada para elétrons só funciona em temperaturas perto do zero absoluto, o que limitará o uso do novo material às tecnologias quânticas, que tipicamente também operam nessas temperaturas criogênicas.

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