Como boa parte das novidades tecnológicas que tem surgido ultimamente essa pesquisa está também relacionada ao grafeno.
Recordando nossas aulas de Química, sabemos que o grafeno – a nova vedete tecnológica – é simplesmente o nome dado à cada uma das camadas que compõe a estrutura cristalina do grafite. A IUPAC o define como sendo:
“Uma única camada da estrutura grafítica, da espessura de um átomo, sendo considerada como o último membro da série de naftalenos, antracenos, coronenos, etc., e o termo grafeno deve, portanto, ser utilizado para designar a camada individual de carbono em compostos de intercalação de grafite. O uso do termo “camada de grafeno” é também considerada para a terminologia geral dos carbonos”.
Numa analogia, imagine o grafeno como sendo uma tela de arame. Empilhadas seria o grafite. Se com uma tela confeccionarmos um tubo, teremos o nanotubo de carbono. Se confeccionarmos uma bola teremos mais um estado alotrópico do carbono: o fulereno – e assim sucessivamente.
Como já noticiado aqui no Hypescience pesquisadores descobriram que inserir “defeitos” intencionais na estrutura do grafeno pode permitir a criação de componentes eletrônicos menores e mais rápidos.
No entanto Gunlycke e White decidiram aproveitar os “defeitos” naturais que produzem comportamentos discretos ao longo das folhas de grafeno.
Esses defeitos produzem “vales” nas bandas de condução e de valência do grafeno – daí este novo campo da tecnologia ser batizado de valetrônica.
O comportamento convencional dos semicondutores está fundamentado no fluxo de cargas elétricas, representadas pelos elétrons (carga negativa) e lacunas (carga positiva).
Entre estas duas pistas de condução existe um “gap” ou banda de condução que determina o comportamento do semicondutor – se conduz ou não a corrente elétrica – por exemplo.
No grafeno, essa banda não é homogênea, mas repleta de vales, os denominados “defeitos naturais”, provavelmente provocados por flutuações térmicas.
O termo “vale” refere-se a depressões de energia na estrutura de banda (que descreve a energia dos elétrons que ali atuam como ondas) permitidas pela simetria do cristal e assim formando graficamente dois pares de cones.
A polarização pelos vales é realizada quando elétrons e lacunas em um vale são separados espacialmente dos elétrons e lacunas de outro vale. Esse processo é complicado de ser obtido na prática porque ambos os vales possuem a mesma energia.
Com a nova descoberta, essa separação espacial pode ser realizada em estruturas de grafeno que possuam uma simetria de reflexão ao longo de uma direção cristalográfica específica, sem ligações que intercruzem a região de simetria.
A simetria de reflexão permite que somente ondas eletrônicas (elétrons) simétricas percorram a linha de defeito – as demais ondas são refletidas.
Estima-se que elétrons e lacunas que se aproximem dessa linha de defeito com um grande ângulo de incidência serão polarizados com uma eficiência próxima aos 100%.
Na prática, isso significa que há outro estado quântico caracterizando os elétrons do grafeno, intimamente associado à dimensão desses vales. Esse “índice de vale” corresponde a um momento magnético distinto, consequentemente a um novo número quântico.
O interesse nesse novo número quântico é crescente tendo em vista que esse novo momento magnético é pelo menos 30 vezes mais forte do que os mensurados anteriormente, ou seja, um efeito com grande potencial para aplicações tecnológicas, em substituição à eletrônica e eventualmente complementar a outro ramo emergente – a spintrônica (que abordaremos em artigos futuros).
A valetrônica promete ainda muitas novidades, desde a fabricação de supercondutores à temperatura ambiente até superprocessadores que transformarão o tão sonhado computador quântico em uma realidade. É esperar para ver.
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